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朗缪尔单分子膜和液晶弹性体的光致力学行为研究

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第1章绪论

1.1软物质材料的光力学效应简介

1.2偶氮苯(Azobenzene)及偶氮类化合物(Azobenzens or Azos)

1.3具有光力学效应的偶氮类材料

1.3.1偶氮单分子膜(Azo monolayer)

1.3.2液晶偶氮高聚物(Liquid-crystalline azo polymers)

1.4液晶相关知识简介

1.4.1液晶相的类别

1.4.2液晶的描述方法——指向矢(director)

1.5本文的主要工作

参考文献

第2章Langmuir单分子膜约束域内光致分子取向排列动态模拟

2.1引言

2.2实验结果描述

2.3光致变形的描述及自由能表达式

2.4相场动力学演化方程

2.5数值模拟相关研究

2.6数值模拟结果

2.7本章小结

参考文献

第3章丝状液晶弹性体表面形貌的光致变形

3.1引言

3.2光致变形的经验模型

3.3 LCE薄层的光致变形

3.4 LCE厚层的光致变形

3.5本章小结

参考文献

第4章总结和展望

4.1本文主要工作

4.2工作展望

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

致谢

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摘要

由逆式偶氮衍生物液晶元构成的层状C相液滴嵌入到各项同性的顺式异构体基质中组成的Langmuir单分子膜,因为偶氮分子的光响应特性,在受到线偏振光照射后液滴内会发生分子结构化重取向。本文以Crusats等人的工作为基础,根据他们对光照过程中发生变化的观察,详细解释了系统自由能表达式,并依此推导了关于分子方位角的非守恒型相场演化方程。数值模拟的初始条件为旋转对称的内或外展曲构型,演化稳态均为长棒状逆式分子的二维指向矢大致垂直于照射偏振光电场分量。初始形态为外展曲的液滴,演化过程对初始条件非常敏感,具有代表性的演化路径主要有两条,对于一些初始条件,演化路径通常是二者的结合。文中还将数值模拟结果和利用布鲁斯特角显微镜拍摄到的演化过程中分子瞬时构型图片进行了对照,较为吻合。 由于长棒状分子的光致异构会打乱液晶有序度,含有光敏分子的软物质,比如液晶弹性体在受到光照时能承受非常大的可逆变形。本文基于Wamer等人提出的现象学模型,利用经典的弹性小变形理论,研究了固定于刚性基底上的液晶弹性体层在圆偏振光垂直照射下的表面变形。分别考虑了两种极限情况:薄膜和厚层。在Hankel变换之后,表面位移分量能够表示成无限积分。数值计算的结果表明,对于薄膜和厚层,表面变形的特征是类似的。表面峰谷的形貌强烈依赖于照射光斑的无量纲半径,这个值对于薄膜选为光斑半径和膜厚度的比值,对于厚层选为光斑半径和光强特征衰减深度的比值。特别地,当无量纲半径从很小增加到很大的时候,表面形貌发生了从单一凹陷谷到盆地的转变过程。此结果对某些表面模式相关的实际应用是有帮助的,比如说微流体的引导,和纳米管的制造。

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