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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2013年
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取向层的状态对向列相液晶弹性形变与排列缺陷影响的研究

周璇  
【摘要】:向列相液晶取向层的表面锚定对液晶的物理性质及其在液晶器件中的应用起着重要的作用。本文研究了表面取向层引起的向列相液晶弹性形变和缺陷。主要进行了以下几方面的研究: 一、沟槽表面引起的向列相液晶弹性形变 扩展Fukuda沟槽表面引起向列相液晶弹性形变的相关工作,通过同时考虑沟槽表面各向同性和各向异性极向锚定,研究了各向异性沟槽表面的方位锚定能。当各向异性锚定足够强时,即2W1~qK22(其中W1为各向异性锚定强度系数,q为沟槽表面波矢),得到沟槽表面方位锚定能的解析表达式。结果表明各向异性极向锚定增强了沟槽表面的方位锚定能。在单一弹性常数近似下得到的表面沟槽引起的方位锚定能与Faetti的结果完全一致;在强锚定下回到Berreman沟槽理论的初始结果。 提出双轴向列相液晶表面锚定能的表达式,研究了弱锚定对沟槽表面双轴向列相液晶弹性形变的影响。基于分子理论对弹性常数的研究结果,对弹性常数做合理近似后,得到了由次指向矢m引起的附加弹性畸变能的解析表达式。结果表明有限的极向锚定对附加弹性畸变能起着重要的作用。 二、沟槽表面引起的向列相边界粗糙效应 基于两种模型:下表面为垂面锚定沟槽表面,上表面为沿面锚定水平表面。上表面处模型Ⅰ的指向矢垂直于沟槽,模型Ⅱ的指向矢平行于沟槽,两模型的区别在于体内是否包含扭曲形变。以Frank弹性理论为基础,研究沟槽表面的边界粗糙效应。通过对比两个模型的结果,发现扭曲形变使得边界粗糙效应增大,并且等效锚定强度与弹性常数的比值有关。 三、聚合物表面向列相液晶的弹性形变 将Alexe-Ionescu提出的聚合物表面的表面锚定能扩展为一个更普遍的形式,其中同时包含极向锚定和方位锚定;在此基础上分析了扭曲手性向列相液晶的锚定特性,得到等效锚定能的表达式。结果表明:聚合物侧链与基板之间的锚定降低了等效锚定能以及阈值电压。 基于纳米结构表面的一维简化模型:由具有交替的沿面和垂面锚定的一维周期性条纹表面表征,利用Alexe-Ionescu提出的扩展表面锚定能形式,研究了向列相和取向层聚合物之间的锚定以及聚合物和基板表面之间的锚定对向列相液晶表面锚定的影响。结果表明:聚合物和基板表面之间的锚定会影响向列相的指向矢分布,降低表面相干长度以及系统的总自由能。 四、扭曲向列相中表面引起的缺陷 以Landau-de Gennes理论为基础,利用松弛方法研究扭曲向列相和扭曲手性向列相液晶中的缺陷结构。结果表明向错核内存在本征值交换;向错核为双轴态并且永远不可能为各向同性态;向错中心为单轴态,并且被一强双轴性区域包围。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O753.2

【参考文献】
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