液晶弹性自由能计算_液晶材料预倾角与弹性常量的关系
21
向列液晶预倾角与其弹性常量的相关性研究
屠
美
牟善松
黄
海
黄耀熊
*
(
暨南大学生物医学工程研究所
,
广州
510632)
摘
要
向列液晶分子在基片上形成预倾角是液晶分子进行重新排列取向的过程
,
预倾角的大小
会影响与取向相关的向列液晶的弹性变形行为
本文通过设置不同的预倾角
,
在不同的温度下用
激光散射技术测量向列液晶的弛豫系数
,
从而获得液晶的弹性常量
,
并研究弹性常量随预倾角的变
化规律
研究结果表明
,
当预倾角小于某一角度
,
由于向列液晶分子内部排列不规整而无法体现其
整体的弹性变形特征
;
当预倾角达到一定的角度
,
向列液晶就表现出最大的弹性常量值
,
液晶特有
的弹性变形行为得以充分的体现
关键词
向列液晶
;
预倾角
;
激光散射
;
弹性常量
中图分类号
O753
+
.
2
文献标识码
A
0
引言
弹性常量在向列液晶的物性中是一个至关重要
的物理参量
[
1]
,
是表示应力和应变关系的常量
在
热力学平衡态下
,
液晶分子的部分有序排列是稳定
的
,
此时液晶处于自由能极
小的状态
[
2]
当
外加力
试图改变这种排列时
,
液晶分子间的这种相互作用
将与外加力抵抗
,
使得在新平衡态时
,
分子的排列由
外界作用与分子间的作用共同决定
当外界影响撤
除后
,
液晶分子间的作用力将使分子的排列恢复到
原来的平衡状态
也就是说液晶具有与晶体类似的
弹性恢复力
,
但是这种弹性力远弱于固体的弹性力
,
也不可能在液晶中产生像固体那样的形变
[
3]
从另一个角度看
,
液晶的弹性常量又是一种复
位力矩
,
当系统从平衡状态变得紊乱时
,
便会表现出
来
此外
,
弹性常量还可以理解为是空间指向矢变
形所需要的能量
总之
,
弹性常量反映了液晶恢复
其初始状态的能力
那么
,
其初始状态的不同
,
是有
可能对这种恢复能力产生影响的
向列液晶在实际应用中要求其分子在基片上首
先进行预倾处理
[
4]
,
实际上也就是使其分子重新进
行排列取向
,
设立该液晶器件中的液晶分子初始状
态的过程
因此
,
液晶分子在取向层的预倾角
(
)
应该会影响与取向相关的弹性常量
那么
,
到底预
倾角对弹性常量的影响有多大
,
其影响关系如何
,
是
一个非常有趣的问题
以往对向列液晶弹性常量的
测量通常利用的是所谓的
Freederiks
相变法
[
3]
,
即在
测试中
,
液晶分子必须在界面固定不动
,
而且严格要
求液晶分子在基片表面的预倾角为零
,
否则测得的
弹性常量有较大的偏差
这种方法的测试条件比较
苛刻
,
且不易操作
而近几年
Zakharov
和
Rvangelista
发展的弹性常量的测试中又加入了一些近似和假设
条件
,
影响最终测量结果的准确性
[
5]
动态激光散
射是一种非侵入性的无扰技术
,
它在通过测定热弛
豫频率而实时原位地确定液晶的三种弹性变形模式
的弛豫速率方面更
现优势
,
而
且
,
这种
方法容易操
作
,
液晶盒制作工艺简单
,
测量准确
因此
,
向列液
晶弹性常量的动态光散射测量较以往这些测试技术
有明显的优越性
本文将用激光散射技术通过测量
向列液晶的弛豫系数
,
从而获得不同预倾角下的弹
性常量
,
从理论与实验两方面
,
分析探讨向列液晶预
倾角对其弹性常量的影响及其相关性
,
并研究有关
作用机制
1
材料与方法
1
.
1
液晶盒的制作
材料
:
向列液晶
E7
购于石家庄实力克液晶材料
有限公司
,
T
XN
<
-
20
,
T
NI
=
55
选择两片适宜尺寸的洁净玻片
,
在其内表面均
匀涂覆
1%
的聚酰亚胺
(
PI)
溶液
,
然后将涂有
PI
的
玻璃基片在
200
下于烘箱中烘
30
min;
停止加热
,
在烘箱内自然退火
将涂覆有取向剂的玻璃基片用
摩擦法进行摩擦取向
将以不同摩擦强度取向的玻璃基片分别以摩擦
方向平行和反平行的方式放置
,
制成液晶盒
,
盒的厚
度为
25
m
把液晶加热到熔点以上的温度
,
使其成
为各向同性的液体
,
然后注入
液晶盒中
,
室温下冷
却
,
在液晶由各向同性的液体转变为液晶态的过程
中液晶分子沿着摩擦方向取向
,
最后
,
用环氧树脂将
液晶盒密封
1
.
2
测试
向列液晶的弹性
常量以激光散射法进行测定
第
32
卷第
7
期
总结
以上是生活随笔为你收集整理的液晶弹性自由能计算_液晶材料预倾角与弹性常量的关系的全部内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。
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