بررسی اثرات انبساط حجمی در بلور مایع نماتیک هموتروپ

کریستالهای مایع (lc) موادی هستند که حالتی دو گانه دارند. یعنی در عین حال که جریان دارند حالت کریستالی خود را حفظ می کنند. در حقیقت حالت کریستال های مایع بیشتر شبیه به مایعات است تا جامدات. کریستال های مایع به دما بسیار حساس هستند و اندکی گرما می تواند آنها را به مایع تبدیل کند. آنها مقادیر متوسطی گرما را دریافت می کنند تا یک ماده مناسب را از حالت جامد به کریستال مایع تبدیل کنند و فقط مقدار کمتری گرما را برای تبدیل همان کریستال مایع به حالت مایع واقعی دریافت می کنند. چون مولکول های کریستال مایع میله ای شکل هستند این مواد خواص، ناهمسانگردی و پدیده های جالبی از خود بروز می دهند. در کریستال های مایع نماتیک اثرات گرمایی به دلیل وابستگی پارامتر های فیزیکیشان به دما، مانند انرژی آزاد فرانک، ضریب جذب نور، پارامتر نظم و ضریب شکست، بسیار مهم هستند [1][2]. موضوعی که در این تحقیق مورد بررسی قرار می گیرد چگونگی بازچرخش دیرکتور (بردار یکه در راستای، متوسط سمت گیری مولکول ها) در اثر فرآیند انبساط حجمی در سلول بلور مایع نماتیک، که مولکول ها به شکل هموتروپ آرایش یافته اند می باشد. انبساط حجمی در اثر نور لیزر ایجاد می شود. به این صورت که نور لیزر به شکل منبع گرمای خارجی به یکی از دیواره های سلول تا بیده می شود. در نتیجه باعث ایجاد گرادیان دمایی در طول سلول می گردد که این توزیع دمایی توسط معادله دما بیان خواهد شد [3]. گرادیان دمایی باعث ایجاد گرادیان فشار و در نهایت ایجاد جریانی از نوع پویزل در سیال شده [5], [4] و شارش ایجاد شده در سیال توسط معادله نویر استوکس بیان می شود [6]. در نهایت شارش سیال باعث بازچرخش دیرکتور می شود که میزان این بازچرخش توسط معادله گشتاوری بیان می شود[2],[1]. باید توجه داشت سطوح مرزی در مقدار بازچرخش دیرکتور موثر هستند. این که مولکول ها در نزدیکی سطوح مرزی آزادی عمل برای حرکت کردن داشته باشند یا کاملا به سطح مقید بوده و هیچ حرکتی نکنند[7]. وقتی نور لیزر به سلول تابیده می شود باعث اعمال گشتاور بر روی مولکول ها شده و مولکول ها در جهت میدان بازچرخش پیدا می کنند. ولی گشتاور ایجاد شده در اثر پدیده ترمو مکانیکی ممکن است به اندازه ای بزرگ باشد که قبل از این که مولکول ها در اثر نور لیزر بازچرخش پیدا کنند، باعث بازچرخش مولکولی شود [8]. بنابراین برای این که فقط بازچرخش در اثر پدیده ترمومکانیکی داشته باشیم باید اندازه شدت میدان اعمالی از یک مقدار بحرانی کمتر باشد. بازچرخش دیرکتور در اثر اعمال میدان خارجی اثر فردریکز نام دارد. به عبارت دیگر شدت میدان اعمالی باید به گونه ای باشد که گذار فردریکز رخ ندهد[9] . در ادامه این کار می توان بازچرخش مولکولی هم در اثر پدیده هیدرودینامیکی و هم در اثر اعمال میدان را که بعد از گذار فردریکز رخ می دهد را بررسی کرد. می توان آرایش مولکولی را در سلول از نوع پلنر یا هیبرید یا توئیست در نظر گرفت.