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液晶在电场和剪切耦合作用下的流变学行为
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2013
  • 页码:-
  • 分类:O753.2[理学—晶体学]
  • 作者机构:[1]清华大学摩擦学国家重点试验室,北京100084
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB934101)、国家自然科学基金(批准号:50975154,51175282)资助的课题.
  • 相关项目:基于薄膜流变的润滑非平衡热力学理论与行为研究
中文摘要:

本文通过理论和实验对液晶5CB在剪切和电场耦合作用下流变行为进行了研究.采用液晶连续理论,建立了包括界面锚定能,弹性自由能,介电自由能和流动能在内的系统Gibbs自由能公式,通过最小化系统自由能的方法求解液晶在剪切和电场耦合作用下的取向分布及其黏度变化,从分子基础模型上揭示了液晶在耦合作用下的流变行为、微观机理及其影响规律,并通过流变测试对此进行验证.对比分析了理论和试验结果的误差和原因,发现界面锚定效应对于液晶分子的取向和黏度具有重要影响.理论和试验结果均表明,液晶在电场作用下具有明显的电黏效应,表现出非牛顿流变行为,其黏度值由剪切和电场的竞争和耦合作用共同决定.在外电场作用下液晶的黏度可以增加到初始值的4倍左右,液晶这种其自身黏度可随着外场(例如运动速度)改变的特性在一定的条件下可以自适应地满足不同工况对黏度的要求,这对实现智能摩擦润滑具有重要的意义.

英文摘要:

The theological behaviors of 5CB liquid crystal under the coupling effect of shear and electric field are investigated by theoretical and experimental study. Establish calculating equation of the system Gibbs free energy by adopting the continuum theory of liquid crystals which contains anchoring energy, elastic free energy, dielectric free energy and flow energy. Then the molecular orientation angle distribution and apparent viscosity of liquid crystal under the coupling effect are obtained by minimizing the Gibbs free en- ergy, revealing the microscopic mechanism of rheological behaviors and influence rules of coupling effect from the molecular model. Meanwhile the calculated results are verified by rheological test. Comparative Analysis of the errors and reasons of theoretical and experimental results, which demonstrates that anchoring effect plays an important role in the molecular orientation and viscosity of liquid crystal. Both the theoretical and experimental results indicate that liquid crystals have electroviscous effect and behavior like non- Newtonian liquids under electric field. The viscosities of liquid crystals are determined by the coupling and competition action of shear and electric field, which can reach 4 times of its original value under electric field. This property of controllable viscosity is important in tribology, which can self-adaptively satisfy the requirement of viscosities for different working conditions as a "smart lubrication" under certain condition.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876