SD-манипуляция, контролируемая сборка, а также пространственное разделение микро- и наночастиц являются сложными проблемами в различных областях, таких как физика мягких веществ [1], нанотехнология [2], биотехнология и биохимия [3], [4], микро и наножидкостные устройства [5], [6]. Среди всех электрокинетических эффектов [7] электрофорез рассматривается как один из простейших, простых и подходящих для таких применений.
Как следует из теории линейного электрофореза [7], диэлектрические частицы, погруженные в жидкость, приобретают поверхностный заряд, экранированный облаком противоионов (электрический двойной слой (ЭДС)) с характерной длиной A.D = ^s0skBT/8nnionsz2e2 (kB- постоянная Больцмана, £0 - вакуумная диэлектрическая проницаемость, Е0 - относительная диэлектрическая проницаемость основной жидкости, nions - числовая концентрация и валентность ионов, £ - заряд электрона, T- температура). Внешнее электрическое поле (Еот) индуцирует движение противоионов в этом облаке, что приводит к электроосмотическим потокам, что, в свою очередь, приводит к электрофоретическому движению частиц. В случае ньютоновой жидкости тонкий ЭДС (r/ZD—>ы,г), r - радиус частицы), а также низкий и равномерный потенциал поверхности (ez^p/kBT < 1, Zp-zeta (поверхностный) потенциал частица), электрофоретическая скорость сферической частицы связана с движущим электрическим полем по уравнению Гельмгольца-Смолуховского иЕРН = ££0^рЕт/ц (п - вязкость жидкости) [8]. Из этой формулы следует, что скорость частицы зависит только от ее дзета-потенциала, но не от размера или каких-либо других свойств. Позднее было доказано, что, когда поверхностный ток в ЭДЛ пренебрежимо мал (низкий порядковый строй Духина, Du = Ка/Ктг «1, поверхностная проводимость К° -частиц, Кт - текущая проводимость), скорость не зависит также по форме частиц и полностью предопределяется Zp [8]. Когда Du » 1 электрофоретическая скорость является нелинейной функцией размера частиц и электрического поля, иЕРН = ££0^р/ц X (Е + Р(г)Еп), где индекс n зависит от числа Пекле (Ре = ru/D, D - коэффициент диффузии ионов, т - скорость частиц относительно жидкости), что делает возможным зависящее от размера манипулирование частицами [8].
Ситуация резко меняется, когда частицы погружаются в анизотропные жидкости, обладающие упругими свойствами (жидкие кристаллы). В таких средах область электрокинетических эффектов более богата и сложнее, чем в их изотропных аналогах [9], [10]. Они могут происходить из анизотропии
диэлектрической проницаемости и электропроводности, а также разделения пространственного заряда из-за пространственной вариации ЖК [9], [11]. В
результате электрокинетическое движение частиц обусловлено обоими эффектами, наблюдаемыми в изотропных средах и специфическими ЖК- связанными.
Например, линейное электрокинетическое движение микрочастиц было зарегистрировано в нематических [12], [13] (НЖК) и сегнетоэлектрических
(СЖК) жидких кристаллах [14] и объяснялось электрическим зарядом, полученным частицами и потоком СЖК.
В то же время нелинейные электрокинетические эффекты в ЖК гораздо сложнее, чем в изотропных жидкостях. Было сообщено, что скорость микрочастицы зависела от квадратичной по электрическому полю и перемещалась перпендикулярно ей. Это нелинейное электрофоретическое движение объяснялось асимметричным искажением выравнивания НЖК (топологический дефект типа еж (hedgehog topological defect)) вокруг частицы [15], [16] и анизотропной электропроводностью и диэлектрической
проницаемостью жидкого кристалла [11].
Нелинейный электрофорез диэлектрических микрочастиц за счет индуцированных зарядов был зарегистрирован в НЖК [17-20]. В этом случае микрочастица имеет кубическую зависимость от приложенного электрического поля.
Эта работа посвящена детальному исследованию нелинейного (кубического) электрофоретического движения движения диэлектрических микрочастиц в нематическом жидком кристалле за счет индуцированных зарядов.
Цель ВКР - разработка модели расчета электрокинетического движения диэлектрических микрочастиц в нематической жидкокристаллической ячейки с компланарными электродами.
Задачи проекта:
1. Разработать модель расчета пространственного распределения электрического поле в нематической жидкокристаллической ячейки с компланарными электродами
2. Разработать динамическую модель расчета пространственного распределения поля директора в нематической жидкокристаллической ячейки с компланарными электродами
3. Разработать динамическую модель распределения пространственного поля директора c учетом вклада гидродинамического потока нематического жидкого кристалла.
В ходе работы были изучены электрофизические свойства НЖК и его
строение.
Было выполнено :
1. Модель расчета пространственного распределения электрического поле в нематической жидкокристаллической ячейки с компланарными электродами
2. Предложена динамическая модель расчета пространственного распределения поля директора в нематической жидкокристаллической ячейки с компланарными электродами
3. Предложили динамическую модель распределения пространственного поля директора c учетом вклада гидродинамического потока нематического жидкого кристалла.
