Um die Entstehung und Entwicklung topologischer Defekte in nematischen Flüssigkristallen in Mikrofuidikanwendungen unter verschiedenen Grenzflächenbeschränkungen zu untersuchen, wurden Mikrokanäle mit unterschiedlichen Oberflächenankerbedingungen hergestellt. Durch Verwendung von Substraten mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften, verbunden mit einer Strukturschicht aus Polydimethylsiloxan, und durch gezielten Einsatz von Sauerstoffplasma zur Veränderung der chemischen Eigenschaften der Kanalwände wurden schließlich drei Mikrokanälvarianten mit verschiedenen Oberflächenankerbedingungen hergestellt. Der Fluss der nematischen Flüssigkristalle wurde beobachtet, und die Auftretensregeln verschiedener topologischer Defekte wurden zusammengefasst. Die experimentellen Ergebnisse zeigen: In Mikrokanälen mit planarer Ausrichtung sind die Flüssigkristallmoleküle kontinuierlich angeordnet, ohne erkennbare Defektstrukturen. In Mikrokanälen mit gemischter Ausrichtung bilden sich durch den Konkurrenzkampf der Oberflächenanker stabile Versetzungen in der Nähe der oberen Oberfläche, deren Anzahl vom Breite-Tiefe-Verhältnis des Mikrokanäls abhängt. In der Regel verläuft die Änderung des Richtungsfeldes in Mikrokanälen mit senkrechter Ausrichtung kontinuierlich. Durch die Steuerung eines plötzlichen Geschwindigkeitswechsels zur Erzeugung eines Rückflusses kann die Kontinuität des Richtungsfeldes effektiv zerstört werden, wodurch dynamische topologische Defekte entstehen. Die Anzahl der Defekte ist von der Fließgeschwindigkeit abhängig. Bei konstanter Fließgeschwindigkeit erhalten die Defektstrukturen ein kurzzeitiges dynamisches Gleichgewicht, gefolgt von regelmäßigen Schwankungen im Kanal.

Mikrofluidik; nematische Flüssigkristalle; Mikrokanäle; Oberflächenanker; topologische Defekte