外场作用下双轴高分子液晶流的动力学方程构建与流动模式的动态研究

批准号:
11104050
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
付淑芳
依托单位:
学科分类:
A2012.液态、准晶与非晶态物理
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
白晶、赵玉田、范志超、孙冬梅、王玉玺、王选章
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
双轴高分子液晶材料中各种形式的缺陷大大降低了材料的性能,有效控制双轴分子方向配置是解决该问题的有效途径。本项目从描述单轴高分子液晶流的Doi-Hess经典理论出发,选择能够描述高分子液晶双轴性的最佳势能函数并计入外场与双轴分子场的相互作用,构建外场作用下双轴高分子液晶流的动力学方程,该方程与二阶有序度张量元满足相容性原则。采用有限元差分法对动力学方程进行数值模拟,计算分析剪切流、伸长流以及外磁场作用下,双轴分子平均指向的动态过程,各种流动模式间的相变及临界剪切率和磁场强度,负的第一法线应力差的负值区域和粘性系数随外场的变化情况。通过研究,展示双轴高分子液晶丰富的物理现象,揭示外场与双轴分子场相互作用的物理机制与规律,从理论上实现通过调节外加磁场的方向和强度来间接控制双轴高分子液晶材料性能的目的,为双轴高分子液晶材料应用研究奠定理论基础。
英文摘要
项目组按原计划开展了研究,并取得了预期的研究成果,完成了各项考核目标。到目前为止发表SCI学术论文5篇,EI论文1篇,接收待发表SCI学术论文1篇;培养研究生3名。取得成果总结如下:.1.利用Doi-Hess理论研究了外磁场对高分子液晶流的应力影响。当磁场沿着剪切流的方向作用于高分子液晶流时,由于周期性振动的消失导致负的第一法线应力差N1在所有的剪切流范围内转变为正值。而且粘性系数 平均值的斜率在低剪切率范围内变化陡峭,这主要是由于外场作用下,新的稳定状态出现而导致的结果。当磁场沿着垂直于剪切流的方向作用于高分子液晶流时,外磁场产生的力矩与剪切流产生的力矩相互垂直,这就导致了第一法线应力差更为复杂的变化。第二法线应力差于第一法线应力差的比率随着磁场强度的增加而增加。.2.研究外磁场对盘状高分子液晶相变图的影响。考虑到Doi理论的近似计算会影响到负的第一法线应力差的计算,因而我们采取直接求解的方式进行计算模拟。由模拟结果可以发现,盘状高分子液晶与棒状高分子液晶一样具有tumbling, wagging 和aligning 三种相变形式,并且在外磁场的作用下,新型的aligning模式依然出现在低剪切率范围内,并随着外磁场的增加,tumbling和wagging领域逐渐消失。当外磁场平行于剪切流时,第一法线应力差N1随磁场变化较为复杂,变化趋势与棒状高分子液晶的变化趋势正好相反。当外磁场垂直于剪切流时,随外磁场的增加第一法线应力差全部变为负值,而第二法线应力差的变化趋势与第一法线应力差恰好相反。.3.数值模拟了外磁场对LCPs分子取向的影响。 (1) LCPs分子取向被限制在流动面内;(2) LCPs分子取向与流动面成任意角。研究结果发现外磁场的强度及方向强烈影响各流动模式之间的相互转换,数值模拟出各相变的临界磁场强度;探讨外磁场、流动场与液晶分子之间相互作用的物理机制。(3)实际高分子液晶的分子链长度是有限的,因而通过改变分子链的长度与直径之间的比值可以进一步考虑LCPs分子的形状系数对棒状高分子液晶动力学的影响。研究发现,在外场作用下每个分子不再转动,而是完全朝外磁场方向排列的模式,即新型alinging模式仍然存在。随着外磁场的增加,tumbling区域消失,而wagging区域不但没有消失并向高强度剪切场区域内移动,这与分子形状系数为1.0的结论恰好相反
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Effect of magnetic field on discotic nematic liquid crystalline polymers under simple shear flow
简单剪切流下磁场对盘状向列液晶聚合物的影响
DOI:10.1002/app.38268
发表时间:2013
期刊:Journal of Applied Polymer Science
影响因子:3
作者:S. Fu;JingBAI;Xuan
通讯作者:Xuan
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Sensors and Actuators
影响因子:--
作者:Hong Liang;Shufang Fu;Sheng Zhou;Xuanzhang Wang
通讯作者:Xuanzhang Wang
MnF2/SiO2 transport properties of quasiperiodic photonic crystals for potential catalytic applications
准周期光子晶体的 MnF2/SiO2 传输特性,用于潜在的催化应用
DOI:--
发表时间:--
期刊:Journal of Nanomaterials
影响因子:--
作者:Zhang Qiang;Xuangzhang Wang;Shufang Fu;Jing Bai;Sheng Zhou
通讯作者:Sheng Zhou
DOI:--
发表时间:2012
期刊:Acta Physica Sinica
影响因子:1
作者:Zhang Qiang;Zhou Sheng;Li Qiang-Hua;Wang Xuan-Zhang;Fu Shu-Fang
通讯作者:Fu Shu-Fang
The nonreciprocal of second harmonic generation with dielectric/antiferromagnetic/dielectric structure in Voigt geometry
Voigt几何中介电/反铁磁/介电结构二次谐波产生的不可逆性
DOI:--
发表时间:2012
期刊:Acta Physica Sinica
影响因子:1
作者:Zhou Sheng;Wang Xuan-Zhang;Fu Shu-Fang;Li Qiang-Hua;Qu Xiu-Rong;Liang Shuang;Zhang Qiang
通讯作者:Zhang Qiang
外场作用下双轴高分子液晶的分子取向的动态研究
- 批准号:10947168
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:3.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:付淑芳
- 依托单位:
国内基金
海外基金
