キラルな液晶と場の相互作用による非平衡現象

手性液晶与场相互作用导致的非平衡现象

基本信息

批准号：
14J09814
负责人：
山本尚貴
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度に発見した「界面活性剤水溶液中において自発らせん運動をおこなうキラルな液晶液滴」の運動メカニズムを明らかにするために液晶液滴の３次元運動の解析を行った。その結果、液晶液滴は界面活性剤水溶液中に溶解していく過程で、時間とともに３種類の異なる配向場を示し、それぞれの配向場に対応し、運動の様子も遷移していくことを明らかにした。具体的には、液滴サイズが大きいときは、マランゴニ対流のせん断の効果が液晶の弾性の効果に対して支配的になるため、液晶の配向場がかき乱され、乱れた蛇行運動を行う。徐々に液滴サイズが小さくなるにつれ、液晶の弾性の効果が支配的になるため配向場は乱されること無く、らせん配向場を示すようになり、らせん運動をおこなうようになる。さらに液滴サイズが小さくなると、液晶中のキラル剤の界面活性剤水溶液への不溶性により液滴中のキラル剤濃度が上昇し、液晶相-等方相の転移温度が下がることで、液晶液滴は等方相に転移し並進運動をおこなうことがわかった。これらの観察結果より、キラルな液晶液滴は、内部構造として一様ならせん配向場を持つときに、マランゴニ対流と配向場のキラルなカップリングの効果が大きくなり、らせん運動が出現することが明らかになった。このように、キラルな液晶液滴の運動と配向場の状態の関係を実験的に明らかにすることで、キラルな液晶液滴の自発らせん運動のメカニズムについて理解を進めることが出来た。このキラルな液晶とマランゴニ対流の相互作用による新奇な非平衡現象を詳しく調べることで、キラルな液晶と場の相互作用によって生じる非平衡現象への理解を深めることができた。

我们分析了液晶液滴的三维运动，以阐明我们在上一年发现的“手性液晶液滴在水性表面活性剂溶液中经历自发螺旋运动”的运动机理。结果，可以发现，在溶解在表面活性剂水溶液中的过程中，液晶液滴会随着时间的流逝而表现出三个不同的方向场，对应于每个方向场，而运动状态也会发生变化。具体而言，当液滴尺寸较大时，Marangoni对流的剪切效应会因液晶的弹性效应而占主导地位，从而导致液晶的对齐场受到干扰并进行蛇纹石运动。随着液滴尺寸逐渐减小，液晶的弹性效应变得占主导地位，因此不干扰方向场，并且方向场变得可见，并且螺旋运动开始发生。此外，随着液滴尺寸的减小，水晶液体液晶中液晶中的手性剂的不溶性性质会增加水滴中的手性剂浓度，而液晶相位液晶液体液体液晶下降的移动导致了液晶相的过渡温度。这些观察结果表明，当手性液晶液滴具有均匀的螺旋取向场作为内部结构时，Marangoni对流的手性耦合的影响和方向场的增加，并且出现了螺旋运动。因此，通过实验阐明手性液晶液滴的运动与定向场的运动之间的关系，我们能够提高对手性液晶液滴自发螺旋运动机制的理解。通过检查由这种手性液晶和Marangoni对流之间的相互作用引起的新型非平衡现象，我们能够加深对由手性液晶与田间相互作用引起的非平衡现象的理解。