• ورود کاربران دانشگاهی

  • ثبت نام(مطالعه آنلاین پایان نامه ها)

  • سپندا

    کاربر مهمان
    پنجشنبه 2 آذر 1396| 54.146.50.80 :Your IP
    سامانه پایان نامه های دانشگاه اصفهان (سپندا)



    عنوان :
    آستانه گذار فردریکز در بلورهای مایع نماتیک حاوی نانوذرات فروالکتریک
    انتشارات : دانشگاه اصفهان
    سال :1392
    زبان : Persian
    شماره سند : 10607
    موضوع :فیزیک گرایش ماده چگال
    پژوهشگر : مجتبی فرخ بین
    توصیفگر لاتین : nanoparticle ? bieelectric ? nematic liquid crystal ? frederiks transition ? permittivity
    توصیفگر فارسی : نانوذره ◄ بیوالکتریک ◄ بلور مایع نماتیک ◄ گذار فردریکز ◄ گذردهی ﴿دی الکتریکی﴾
    دانشکده : دانشکده علوم، گروه فیزیک
    مقطع : کارشناسی ارشد

    استاد راهنما : محمدعلی شاهزمانیان، حشمت اله یاوری
    استاد مشاور :
    سال دفاع : 1392
    شماره رکورد : 10607
    شماره راهنما : PHY2 480
    فهرست : فهرست مطالب
    عنوان صفحه

    فصل اول: مقدمه¬ای بر بلورهای مایع: انواع و خواص ساختاری آن¬ها
    1-1 مقدمه 1
    1-2 تاریخچه 2
    1-3 انواع بلورهای مایع 3
    1-3-1 بلورهای مایع لیوتروپیک 4
    1-3-2 بلورهای مایع پولیمریک 4
    1-3-3 بلورهای مایع ترموتروپیک 4
    1-3-3-1 بلور مایع نماتیک 5
    1-3-3-2 بلور مایع کلستریک 6
    1-3-3-3 بلور مایع سمکتیک 7
    1-3-3-3-1 بلور مایع سمکتیک- A 8
    1-3-3-3-2 بلور مایع سمکتیک-B 8
    1-3-3-3-3 بلور مایع سمکتیک-C 9
    1-4 پارامتر نظم نماتیک 10
    1-4-1 رهیافت میکروسکوپی 10
    1-4-2 رهیافت ماکروسکوپی 13
    فصل دوم: بلور مایع نماتیک محبوس
    2-1 نظریه¬ی پیوستگی کشسان 16
    2-1-1 میدان برداری و محور جهت¬نما 17
    2-1-2 انرژی آزاد واپیچش فرانک-اوسن 18
    2-1-2-1 تقریب یک ثابتی 22
    2-2 تیغه¬ی بلور مایع 23
    2-3 اثرات مرزی 24
    عنوان صفحه
    2-4 چنگ¬زنی مولکولی در بلور مایع نماتیک 25
    2-4-1 وضعیت بدون چنگ¬زنی 27
    2-4-2 چنگ¬زنی قوی 27
    2-4-2-1 آرایش مولکولی همگن 30
    2-4-2-1-1 پولیمیدهای سایشی 31
    2-4-2-2 آرایش مولکولی هوموتروپیک 31
    2-4-2-3 آرایش مولکولی هیبرید 32
    2-4-3 چنگ¬زنی مخروطی 32
    2-4-4 چنگ¬زنی مولکولی ضعیف 33
    2-5 اثرات اعمال میدان الکتریکی بر بلورهای مایع نماتیک 34
    2-5-1 تانسور گذردهی دی¬الکتریکی 34
    2-5-2 گشتاور دی¬الکتریکی 36
    2-5-3 فلکسوالکتریسیته 38
    2-6 تأثیر اعمال میدان مغناطیسی بر بلورهای مایع نماتیک 39
    فصل سوم: گذار فردریکز در بلورهای مایع نماتیک خالص
    3-1 مقدمه 41
    3-2 معادله¬ی اویلر- لاگرانژ 41
    3-2-1 مورد یک متغیره یا یک بعد 41
    3-2-2 مورد دو متغیره یا دو بعد 44
    3-2-3 حالت سه بعدی 44
    3-3 گذار فردریکز 44
    3-4 میدان خارجی الکتریکی 47
    3-4-1 لایه¬های هم¬راستا کننده¬ی مولکولی همگن 47
    3-4-1-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش 48
    3-4-1-2 واپیچش مولکولی پیچش 53
    عنوان صفحه
    3-4-2 لایه¬های هم¬راستا کننده¬ی مولکولی هوموتروپیک 55
    3-4-2-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش 56
    3-4-3 حل عددی دقیق: جزئیات و نتایج 58
    3-4-3-1 لایه¬ی هم¬راستا کننده¬ی مولکولی همگن 59
    3-4-3-1-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش 59
    3-4-3-1-2 واپیچش مولکولی پیچش 64
    3-4-3-2 لایه¬های هم¬راستا کننده¬ی مولکولی هوموتروپیک 65
    3-4-3-2-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش 65
    3-4-3-3 نتیجه¬گیری 66
    3-5 میدان مغناطیسی 67
    3-5-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های مرزی همگن 67
    3-5-2 واپیچش مولکولی پیچش با لایه¬های مرزی همگن 69
    3-5-3 واپیچش مولکولی خمش با لایه¬های مرزی هوموتروپیک 70
    3-5-4 حل عددی دقیق: جزئیات و نتایج 71
    3-5-4-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های مرزی همگن 71
    3-5-4-2 واپیچش مولکولی پیچش ایجاد شده با لایه¬های مرزی همگن 72
    3-5-4-3 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های مرزی هوموتروپیک 74
    3-5-4-4 نتیجه¬گیری 75
    3-6 اعمال میدان بر سامانه¬های فرونماتیک 75
    فصل چهارم: دمای گذار در بلورهای مایع نماتیک با ناخالصی نانوذرات فروالکتریک
    4-1 مقدمه 81
    4-2 نظریه¬ی لانداو-دژن: 82
    4-3 نظریه¬ی مایر- ساوپ: 84
    4-4 فرمول¬بندی نظریه¬ی مایر-ساوپ برای بلورهای مایع نماتیک با ناخالصی نانوذرات فروالکتریک 86
    عنوان صفحه
    4-5 دمای گذار 89
    4-5-1 دمای گذار برای جفت شدگی‌های کوچک 89
    4-5-2 دمای گذار برای جفت شدگی‌های بزرگ 90
    4-6 سامانه¬ی بلور مایع نماتیک با ناخالصی نانوذرات فروالکتریک تحت اعمال میدان الکتریکی خارجی 93
    4-7 نتیجه¬گیری 96
    فصل پنجم: آستانه گذار فردریکز در بلورهای مایع نماتیک حاوی نانوذرات فروالکتریک
    5-1 مقدمه 97
    5-2 آستانه¬ی میدان گذار فردریکز در سامانه¬های بلور مایع نماتیک حاوی نانوذرات فروالکتریک 98
    5-2-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های هم¬راستا کننده¬ی مولکولی همگن 100
    5-2-2 واپیچش مولکولی پیچش 102
    5-2-3 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های هم¬راستا کننده¬ی مولکولی هوموتروپیک 104
    5-3 محاسبه ولتاژ گذار فردریکز 107
    5-3-1 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های مرزی هوموتروپیک 107
    5-3-2 واپیچش مولکولی پیچش 110
    5-3-3 واپیچش مولکولی پخ-خمش با لایه¬های مرزی همگن 110
    5-4 گذردهی دی¬الکتریکی 111
    منابع و مأخذ: 117
    پیوست (الف): دی¬الکتریک کروی 121



    چکیده :
    چکیده : امروزه یکی از هدف¬های مهم در زمینه¬ی تحقیقات پیشرفته¬ی بلور مایع، بالا بردن کارایی بلورهای مایع با استفاده از روش¬های فیزیکی، بدون نیاز به سنتز شیمیایی جدید است. یکی از روش¬های ممکن برای رسیدن به این هدف، افزودن ذرات کلوئیدی با ابعاد نانو به عنوان ناخالصی به بلورهای مایع نماتیک است. به گونه¬¬ای که با افزودن ناخالصی، می¬توان خواص یک سامانه را به میزان زیادی تغییر داد و در جهت بهینه¬سازی هر چه بیشتر آن تلاش کرد. به دلیل اثرات منحصربه‌فرد و چشمگیر افزودن ناخالصی نانوذرات فروالکتریک به سامانه¬های بلور مایع نماتیک (به طور مثال افزایش دمای نماتیک به همسانگرد به میزان K 5، افزایش در ثابت دی¬الکتریکی موثر، کاهش آستانه¬ی ولتاژ گذار فردریکز و ...) نانوذرات فروالکتریک با ابعاد nm 100-10 به عنوان ناخالصی انتخاب شده است تا کوچک بودن ابعاد این نانوذرات واپیچش کلی در سامانه به وجود نیاورد. ناهمسانگردی محیط بلورهای مایع نیز سبب می¬شود که با اعمال میدان خارجی در جهت¬های مختلف، واپیچش¬های مختلفی در سامانه به وقوع بپیوندد و در تیغه-ی بلور مایع به ازای یک آستانه¬ی میدان، گذار فردریکز در آن رخ دهد. از طرفی دیگر شکل و قطبیدگی نانوذرات فروالکتریک نیز به¬دلیل تولید میدان الکتریکی القایی در تغییر آستانه¬ی میدان گذار فردریکز، موثر خواهد بود. به دلیل اهمیتی که در دانستن میدان آستانه¬ی گذار فردریکز در کارکرد ابزارهای الکترونیکی بلور مایع وجود دارد، لذا آستانه¬ی میدان گذار فردریکز (الکتریکی و مغناطیسی) در بلورهای مایع نماتیک خالص 5CB، به ازای شرایط مختلف چنگ¬زنی مولکول¬ها (همگن و هوموتروپیک) در واپیچش¬های مولکولی مختلف (پخ-خمش و پیچش) به صورت تحلیلی (تقریبی) و عددی (دقیق) به دست آورده شده، سپس میزان اعتبار این دو نسبت به هم ارزیابی شده است. نتایج نشان می¬دهد که بهینه¬ترین مورد برای صرفه¬جویی در انرژی، استفاده از لایه¬های هم¬راستا کننده¬ی مولکولی همگن با واپیچش مولکولی پیچش است. در فصل 4، نانوذرات فروالکتریک به عنوان ناخالصی به سامانه¬ی بلور مایع نماتیک خالص 5CB، اضافه شده است و نشان داده شده که با افزودن این نانوذرات، می¬توان دمای گذار فاز نماتیک به همسانگرد را بالا برد و به این طریق پایداری فاز بلور مایع نماتیک را افزایش داد. در فصل 5، نانوذرات فروالکتریک Sn2P2S6 به عنوان ناخالصی به سامانه¬های بلور مایع نماتیک 5CB، افزوده شده و اثرات افزودن این نانوذرات بر بلور مایع نماتیک 5CB در واپیچش¬های مولکولی مختلف نشان داده شده و به مقایسه-ی این نتایج با حالت خالص پرداخته شده است. نتایج نشان می¬دهد استفاده از این نانوذرات فروالکتریک به عنوان ناخالصی در سامانه¬های بلور مایع نماتیک 5CB، به دلیل ایجاد قطبیدگی، باعث کاهش آستانه¬ی ولتاژ گذار فردریکز در همه¬ی واپیچش¬های مولکولی ممکن، می¬گردد. بنابراین استفاده از این نانوذرات، برای ایجاد صرفه¬جویی انرژی در ابزارهای الکترونیکی بلور مایع نماتیک، بسیار مفید خواهد بود. آستانه¬ی ولتاژ گذار فردریکز در واپیچش¬های مولکولی پخ-خمش و پیچش در هر دو شرایط مرزی همگن و هوموتروپیک نیز به صورت تحلیلی استخراج شده¬اند و مؤلفه‌های عمود و موازی گذردهی دی¬الکتریکی در نانومعلق-های فروالکتریک بلور مایع نماتیک، در شرایط واپیچش مولکولی پخ-خمش نیز استخراج شده است. کلمات کلیدی: بلور مایع نماتیک- نانوذرات فروالکتریک- گذار فردریکز- گذردهی دی¬الکتریکی.

    چکیده انگلیسی :
    Abstract: Nowadays one of the important goals in the modern liquid crystal research is to enhance the efficiency of liquid crystals through physical methods, without the need for new chemical synthesis. One of the available ways to achieve this goal is to put colloidal particles using nanodimensions as impurity into nematic liquid crystals; therefore, adding impurity can change properties of the system so much and this is a way to get more optimization on a system. Due to unique and significant properties of doping liquid crystal systems with ferroelectric impurity (for example increase in nematic-isotropic temperature by about 5K, enhance in effective dielectric constant, decrease in Frederiks transition threshold voltage and etc) ferroelectric nanoparticles have been chosen with 10-100 nm as impurities so that its small dimensions won't cause total distort in the system. Anisotropic medium of the liquid crystal causes different distortions by applying electric field in various directions and there is a threshold field in the slab that causes Frederiks transition in the system. However shape and polarization of ferroelectric nanoparticles because of induced electric field will be effective in changing the Frederiks transition threshold field. Knowing Frederiks transition threshold field is so important in electronic devices of liquid crystal function; therefore, threshold of Frederiks transition field (electric and magnetic) has been calculated in the pure 5CB nematic liquid crystals for different molecular anchoring (homogenous and homotropic) and different molecular distortions (splay-bend and twist) in the analytical (approximate) and numerical (exact) manner, then their validity to each other has been investigated. The results show that the best way to optimize the energy is homogeneous molecular alignment layer with twist molecular distortion. In the 4th chapter, 5CB nematic liquid crystal has been doped with ferroelectric nanoparticles as impurity and has shown that by adding these nanoparticles we can enhance isotropic-nematic phase transition temperature and therefore increase nematic liquid crystal phase stability. In the 5th chapter, Sn2P2S6 ferroelectric nanoparticles have been added as impurities to 5CB nematic liquid crystal systems. The effects of adding these nanoparticles into 5CB nematic liquid crystal on different molecular distortions have been showed and have compared these results with the pure case. The results show that using these ferroelectric nanoparticles as impurity into 5CB nematic liquid crystals because of its polarization decrease Frederiks transition threshold voltage in all of available molecular distortions; therefore, using these nanoparticles will be so useful to save energy in the nematic liquid crystal electronic devices. Frederiks transition threshold voltage in splay-bend and twist molecular distortion in homogeneous and homotropic boundary condition have been calculated by analytical manner. Perpendicular and parallel coefficients of dielectric permittivity in ferroelectric nanosuspensions of nematic liquid crystal in splay-bend distortion have been derived too. Key words: nematic liquid crystal - ferroelectric nanoparticle - Frederiks transition -dielectric permittivity.


    کلید واژه ها :
    نانوذره ◄ بیوالکتریک ◄ بلور مایع نماتیک ◄ گذار فردریکز ◄ گذردهی ﴿دی الکتریکی﴾,nanoparticle ◄ bieelectric ◄ nematic liquid crystal ◄ frederiks transition ◄ permittivity

    1392
    0

    صفحه اول : University of Isfahan Faculty of Sciences Department of Physics M.Sc. Thesis Frederiks transition threshold in nematic liquid crystals filled with ferroelectric nanoparticles Supervisors: Dr. Muhammad Ali Shahzamanian Dr. Heshmatollah Yavari By: Mojtaba Farrokhbin October 2013
    فصل اول : 1-15
    فصل دوم : 16-40
    فصل سوم : 41-80
    فصل چهارم : 81-96
    فصل پنجم : 97-125
    فصل ششم :