以连续体弹性理论讨论碳纳米管液晶性缺陷的物理机制
结题报告
批准号:
11347179
项目类别:
专项基金项目
资助金额:
4.0 万元
负责人:
常春蕊
依托单位:
学科分类:
A25.基础物理
结题年份:
2014
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
段秀芝、刘颖、赵宏微
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中文摘要
碳管与液晶同为各向异性材料。碳管具有液晶行为,利用碳管的液晶性可实现其有序取向,表现优异物化性能。Frank弹性形变理论是液晶得以广泛应用的理论基石,简单的Frank弹性常数即可完全描述材料的各向异性及其对外界的响应。本项目旨在研究碳管的Frank弹性特征;拟基于其液晶性缺陷表征,获知适于碳管的Frank弹性。缺陷的细致形貌体现碳管自身的弯曲特性,而缺陷整体所呈现的是各种缺陷类型,不同缺陷的出现概率将反映碳管的Frank弹性各向异性。对碳管Frank弹性的探索,益于对其液晶性的认识,并推动其在未来微电子领域的应用研究。
英文摘要
Both carbon nanotubes (CNTs) and liquid crystals (LCs) are anisotropic materials. Because of rodlike geometry, CNTs have liquid crystallinity, which can make their orientation ordered, behaving special physicochemical property for them. Frank elastic deformation theory in LCs sciences is the fundamental theory, implying LCs' broad applications, and the involved simple elastic constants can completely describe their anisotropy and their responsiveness to the foreign environment. The project aims at investigating Frank elastic anisotropy belonging to CNTs based on their liquid crystalline defects. The detailed morphology about defects can embody curved characteristic for individual CNTs, and the overall presented probability for various types of defects will reflect CNTs' elastic anisotropy. The exploration about Frank elasticity for CNTs will be beneficial to deeply realize their liquid crystallinty, and further to efficiently promote their promising application in the future microelectronic field.
本课题首先着重从取向形貌对液晶性碳纳米管的取向特征进行了简要综述性介绍,强调碳纳米管的本征特性。碳纳米管的大尺寸使之取向液晶性清晰可见,其自身的高杨氏模量及其间强的吸引相互作用使之液晶性取向易于呈现展曲性(展曲性缺陷)。缺陷降低了碳纳米管的取向序,并可稳定存在于较长、易发生弯曲变形的碳纳米管聚集态中;若经掺杂、剪切、外场等的作用,将实现由缺陷液晶性向高度有序液晶性的转变。其次着重介绍了碳纳米管的电场效应。电场将诱导碳纳米管电偶极矩,电场作用使碳纳米管沿外电场方向取向,以最小化其偶极能量。应用外加电场可操纵取向碳纳米管、定向排列碳纳米管,获得碳纳米管高度有序结构。最后着重综述了碳纳米管在液晶显示领域的应用研究。在液晶显示单元盒中,作为掺杂物引入液晶层,碳纳米管与液晶稳定兼容,取向一致,优势互补;作为纳米结构电极取代ITO电极,发挥碳纳米管优异的轴向导电性;作为取向层取代传统的PI取向层,沿碳纳米管轴向可以有效地取向液晶分子。这些应用均表明碳纳米管有序结构可以有效提高材料或者器件的性能,而获得有序结构可以通过获取液晶序。液晶序即良好取向,它立足于碳纳米管的良好分散,获得并尽量提高液晶序可实现碳纳米管高度有序结构,发挥它优异的轴向特性和开发新材料、拓展新应用。就此,我们已撰写相应综述论文并已提交。
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