Iskanje po katalogu digitalne knjižnice

Opis: Compared to isotropic liquids, orientational order of nematic liquid crystals makes their rheological properties more involved, and thus requires fine control of the flow parameters to govern the orientational patterns. In microfluidic channels with perpendicular surface alignment, nematics discontinuously transition from perpendicular structure at low flow rates to flow-aligned structure at high flow rates. Here we show how precise tuning of the driving pressure can be used to stabilize and manipulate a previously unresearched topologically protected chiral intermediate state which arises before the homeotropic to flow-aligned transition. We characterize the mechanisms underlying the transition and construct a phenomenological model to describe the critical behaviour and the phase diagram of the observed chiral flow state, and evaluate the effect of a forced symmetry breaking by introduction of a chiral dopant. Finally, we induce transitions on demand through channel geometry, application of laser tweezers, and careful control of the flow rate.
Ključne besede: nematic liquid crystals, microfluidics, topological states, nematic flows
Objavljeno v DKUM: 15.01.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 9
Celotno besedilo (7,79 MB)
Gradivo ima več datotek! Več...

Opis: V doktorski disertaciji sem raziskal optične in temperaturne vplive zunanjih polj na direktorsko polje nematskega tekočega kristala v različnih tokovnih režimih znotraj mikrofluidičnih kanalčkov z močnim homeotropnim sidranjem. Uporabljal sem polarizacijski optični mikroskop, opremljen z lasersko pinceto, ki pri večjih močeh laserske svetlobe zaradi absorpcije v prevodnem substratu mikrokanalčka povzroči lokalno segrevanje nematika v izotropno fazo in ob hipnem ugašanju posledično sproži hiter fazni prehod v nematsko fazo. Na ta način sem pokazal, da je z laserskim snopom optične pincete v toku nematika mogoče nukleirati in stabilizirati topološko ograjene, orientacijske domenske strukture. Raziskal sem dinamiko teh struktur pri različnih hitrostih toka in skonstruiral fazni diagram prehodov med podkritičnim in nadkritičnim območjem parametrov, ki kvantitativno ločijo krčenje in širjenje domen v dani geometriji. Osredotočil sem se na frekvenčne modulacije tokovnih režimov in relaksacijske procese ob zaustavitvi tokov, ki povzročijo reorientacijo v domeno ujetega direktorskega polja in nastanek točkastih defektov s solitoni. Pokazal sem, da je orientacijske domenske strukture, razen v nematiku 5CB, mogoče tvoriti in stabilizirati tudi v tekočem kristalu CCN z negativno dielektrično anizotropijo in majhno optično dvolomnostjo. Izkazalo se je, da temperaturne spremembe v mikrofluidičnem kanalčku znatno vplivajo na stabilnost z laserjem segretih nematskih plasti, tvorjenje domenskih struktur in na tokovne režime, zato sem te pojave podrobneje raziskal pri višji temperaturi. Pri faznem prehodu toka tekočega kristala iz izotropne v nematsko fazo sem zasledil soobstoj nematskih in izotropnih domen. Nato sem z različnimi geometrijami mikrokanalčkov kontrolirano vplival na obliko, velikost in življenjski čas domen, saj ima takšna manipulacija anizotropne tekočine potencial za uporabo v kompleksnejših mikrofluidičnih vezjih, senzorjih tlaka in nastavljivih optičnih filtrih. S tokom potujoče domene lahko tudi razcepimo, združujemo in sortiramo. V sodelovanju s teoretičnimi fiziki sem kot prvi pokazal obstoj novega kiralnega stanja v toku homeotropnega nematika, ki je doslej, zaradi premalo natančne regulacije tokov, ostalo neopaženo. Nazadnje sem preučil vpliv električnega polja na tokovne režime in domenske strukture. Zaradi dielektrične anizotropije in polarizabilnosti tekočekristalnih molekul lahko z električnim poljem spreminjamo obliko domenskih struktur, jih pri tem razpolavljamo, usmerjamo ali pa jih z močnejšim preklapljanjem električnega polja celo tvorimo. Precizna frekvenčna modulacija električnega polja je nenazadnje uporabna za tvorbo kiralnih domenskih stanj brez uporabe laserske pincete.
Ključne besede: tekoči kristali, mikrofluidika, optična manipulacija, topološki defekti, fazni prehodi
Objavljeno v DKUM: 23.10.2019; Ogledov: 1937; Prenosov: 149
Celotno besedilo (84,85 MB)