垂直于圆柱轴电场作用下圆柱腔内向列相液晶的指向矢分布

孙桂姣; 李延敏; 张艳君; 张辉; 李志广; 郑桂丽; 朱吉亮

doi:10.37188/CJLCD.2023-0070

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

垂直于圆柱轴电场作用下圆柱腔内向列相液晶的指向矢分布

材料物理 | 更新时间：2023-08-10

- 垂直于圆柱轴电场作用下圆柱腔内向列相液晶的指向矢分布
- Director distribution of nematic liquid crystals in a cylindrical cavity under electric field perpendicular to the cylindrical axis
- 液晶与显示 2023年38卷第8期页码：1005-1013
- 作者机构：
  
  1.河北工业大学理学院，天津 300401
- 作者简介：
  
  [ "孙桂姣（1996—），女，河北张家口人，硕士研究生，2020年于邯郸学院获得学士学位，主要从事液晶物理与液晶器件物理的研究。E-mail：1291616745@qq.com" ]
  [ "张艳君（1977—），女，河北邢台人，博士，副教授，2008年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事液晶物理与液晶器件物理的研究。E-mail：zyj513@hebut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  Natural Science Foundation of Hebei Province of China(F2020202015┫‍);Innovation Method Fund of China(2020IM020600┫‍);Research Projects of Undergraduate Education and Teaching Reform of Hebei University of Technology of China(201903006┫‍);Ministry of Education industry-University Cooperative Education Program of China(202102026001)
- DOI：10.37188/CJLCD.2023-0070
  中图分类号：
扫描看全文
孙桂姣, 李延敏, 张艳君, 等. 垂直于圆柱轴电场作用下圆柱腔内向列相液晶的指向矢分布[J]. 液晶与显示, 2023,38(8):1005-1013.

SUN Gui-jiao, LI Yan-min, ZHANG Yan-jun, et al. Director distribution of nematic liquid crystals in a cylindrical cavity under electric field perpendicular to the cylindrical axis[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2023,38(8):1005-1013.
孙桂姣, 李延敏, 张艳君, 等. 垂直于圆柱轴电场作用下圆柱腔内向列相液晶的指向矢分布[J]. 液晶与显示, 2023,38(8):1005-1013. DOI： 10.37188/CJLCD.2023-0070.

SUN Gui-jiao, LI Yan-min, ZHANG Yan-jun, et al. Director distribution of nematic liquid crystals in a cylindrical cavity under electric field perpendicular to the cylindrical axis[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2023,38(8):1005-1013. DOI： 10.37188/CJLCD.2023-0070.

摘要

曲面液晶系统具有与平面液晶系统不同的特性。本文在轴向强锚定边界条件下，施加垂直于圆柱轴方向的匀强电场，对圆柱腔内向列相液晶的指向矢形变进行研究。基于液晶连续体弹性理论，给出系统的平衡态方程及边界条件，并通过有限差分迭代方法进行了数值计算。得出了指向矢形变阈值电场的解析解，发现不同的弹性常数会导致圆柱腔横截面上的指向矢变化的不对称性。此研究为光子晶体光纤的实验研究提供了更准确的理论分析。

Abstract

The curved liquid-crystal system has different characteristics from the planar liquid-crystal system. In this paper， the director of nematic liquid crystal in a cylindrical cavity is studied by applying a uniform electric field perpendicular to the axis of the cylinder under the strong axial anchoring boundary condition. Based on the elastic continuum theory of liquid crystal， the equilibrium equations and boundary conditions of the system are given. The analytical solution of the threshold electric field for the deformation of the director is obtained. It is found that different elastic constants will lead to the asymmetry of the change of the director on the cross section of the cylindrical cavity. It provides a more accurate theoretical analysis for the experimental research of photonic crystal fibers.

关键词

圆柱腔阈值电场向列相液晶指向矢

Keywords

cylindrical cavityelectric thresholdnematic liquid crystaldirector

references

RAVNIK M， ŽUMER S. Handbook of Liquid Crystals ［M］. Oxford： University Press， 2014： 1-22. doi: 10.1002/9783527671403.hlc092http://dx.doi.org/10.1002/9783527671403.hlc092

KITZEROW H S， LIU B， XU F， et al. Effect of chirality on liquid crystals in capillary tubes with parallel and perpendicular anchoring ［J］. Phys. Rev. E， 1996， 54（1）： 568-575. doi: 10.1103/physreve.54.568http://dx.doi.org/10.1103/physreve.54.568

KONING V， VAN ZUIDEN B C， KAMIEN R D， et al. Saddle-splay screening and chiral symmetry breaking in toroidal nematics ［J］. Soft Matter， 2014， 10（23）： 4192-4198. doi: 10.1039/c4sm00076ehttp://dx.doi.org/10.1039/c4sm00076e

LAVRENTOVICH O D， SERGAN V V. Parity-breaking phase transition in tangentially anchored nematic drops ［J］. Il Nuovo Cimento D， 1990， 12（9）： 1219-1222. doi: 10.1007/bf02450386http://dx.doi.org/10.1007/bf02450386

YANG D K， JEONG K U， CHENG S Z D. Structure of liquid crystal droplets with chiral propeller texture ［J］. J. Phys. Chem. B， 2008， 112（5）： 1358-1366. doi: 10.1021/jp076719bhttp://dx.doi.org/10.1021/jp076719b

CHICCOLI C， PASINI P， TEIXEIRA DE SOUZA R， et al. Computer simulations of the ordering in a hybrid cylindrical film of nematic liquid crystals ［J］. Phys. Rev. E， 2011， 84（4）： 041705. doi: 10.1103/physreve.84.041705http://dx.doi.org/10.1103/physreve.84.041705

CHYCHŁOWSKI M， YAROSHCHUK O， KRAVCHUK R， et al. Liquid crystal alignment in cylindrical microcapillaries ［J］. Opto-Electron. Rev.， 2012， 20（1）： 47-52. doi: 10.2478/s11772-012-0002-5http://dx.doi.org/10.2478/s11772-012-0002-5

LI J F， ZHANG Y J， GAO M C， et al. Influence of saddle-splay deformation on lyotropic chromonic liquid crystals confined between two coaxial cylinders ［J］. Liq. Cryst.， 2020， 47（4）： 500-507. doi: 10.1080/02678292.2019.1658815http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2019.1658815

ZHANG H W， LI J F， ZHANG Y J， et al. Influence of planar anchoring on escaped-twisted configurations of liquid crystals in a cylindrical cavity ［J］. Liq. Cryst.， 2021， 48（5）： 713-721. doi: 10.1080/02678292.2020.1813341http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2020.1813341

ZHANG H W， ZHANG Y J， WANG Y K， et al. Director configuration of liquid crystals in a cylindrical cavity with homeotropic anchoring conditions ［J］. Mol. Phys.， 2021， 119（24）： e1966532. doi: 10.1080/00268976.2021.1966532http://dx.doi.org/10.1080/00268976.2021.1966532

ZHANG Y S， MA C L， RUDYAK V Y， et al. Thermal and optical manipulation of morphology in cholesteric liquid crystal microdroplets constrained on microfibers ［J］. J. Mol. Liq.， 2021， 328： 115383. doi: 10.1016/j.molliq.2021.115383http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115383

DE GENNES P G. The Physics of Liquid Crystals ［M］. Oxford： Clarendon Press， 1974.

LESLIE F M. Some magneto-hydrostatic effects in nematic liquid crystals ［J］. J. Phys. D： Appl. Phys.， 1970， 3（6）： 889-897. doi: 10.1088/0022-3727/3/6/309http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/3/6/309

KINI U D. The effect of magnetic fields and boundary conditions on the Couette flow of nematics ［J］. Pramana， 1976， 7（4）： 223-235. doi: 10.1007/bf02846483http://dx.doi.org/10.1007/bf02846483

TSURU H. Stability analysis of nematics between two concentric cylinders ［J］. J. Phys. Soc. Japan， 1990， 59（5）： 1600-1616. doi: 10.1143/jpsj.59.1600http://dx.doi.org/10.1143/jpsj.59.1600

AOKI N， OHKI Y， YAHAGI K. Deformation of nematic-positive liquid crystals by an electric field between two co-axial cylindrical electrodes ［J］. Jpn. J. Appl. Phys.， 1979， 18（3）： 523-526. doi: 10.1143/jjap.18.523http://dx.doi.org/10.1143/jjap.18.523

WILLIAMS D R M， HALPERIN A. Nematic liquid crystal in a tube： The Fréedericksz transition ［J］. Phys. Rev. E， 1993， 48（4）： R2366-R2369. doi: 10.1103/physreve.48.r2366http://dx.doi.org/10.1103/physreve.48.r2366

DE SOUZA R T， DIAS J C， MENDES R S， et al. Critical exponents for Fréedericskz transition in nematics between concentric cylinders ［J］. Phys. A， 2010， 389（5）： 945-950. doi: 10.1016/j.physa.2009.11.006http://dx.doi.org/10.1016/j.physa.2009.11.006

CORELLA-MADUEÑO A， CASTELLANOS-MORENO A， GUTIÉRREZ-LÓPEZ S， et al. Threshold field for a nematic liquid crystal confined between two coaxial cylinders ［J］. Phys. Rev. E， 2008， 78（2）： 022701. doi: 10.1103/physreve.78.022701http://dx.doi.org/10.1103/physreve.78.022701

LIU H H， ZHANG Y J， YUE H R， et al. Influence of flexoelectric effect on director alignment of nematic liquid crystals in axial arrangement cylindrical cells ［J］. Chin. Phys. Lett.， 2018， 35（2）： 026103. doi: 10.1088/0256-307x/35/2/026103http://dx.doi.org/10.1088/0256-307x/35/2/026103

HALEVI P， REYES-AVENDAÑO J A， REYES-CERVANTES J A. Electrically tuned phase transition and band structure in a liquid-crystal-inﬁlled photonic crystal ［J］. Phys. Rev. E， 2006， 73（4）： 040701. doi: 10.1103/physreve.73.040701http://dx.doi.org/10.1103/physreve.73.040701

ZHANG Y J， WANG L， ZHANG H W， et al. Flexoelectric effects on escaped twisted configurations of nematic liquid crystal 5CB with chiral dopants in a cylindrical cavity ［J］. Liq. Cryst.， 2021， 48（4）： 555-563. doi: 10.1080/02678292.2020.1795738http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2020.1795738

YING X， LI M， TAO L， et al. Optical-field-induced reorientation of nematic liquid crystal doped with FeTPPCl based on the resonant model ［J］. Appl. Phys. A， 2007， 86（2）： 207-211. doi: 10.1007/s00339-006-3731-9http://dx.doi.org/10.1007/s00339-006-3731-9

PENG Z H， LIU Y G， YAO L S， et al. Improvement of the switching frequency of a liquid-crystal spatial light modulator with optimal cell gap ［J］. Opt. Lett.， 2011， 36（18）： 3608-3610. doi: 10.1364/ol.36.003608http://dx.doi.org/10.1364/ol.36.003608

ZHENG Z G， LI Y N， BISOYI H K， et al. Three-dimensional control of the helical axis of a chiral nematic liquid crystal by light ［J］. Nature， 2016， 531（7594）： 352-356. doi: 10.1038/nature17141http://dx.doi.org/10.1038/nature17141

YANG C K， ZHANG H， LIU B， et al. Electrically tunable whispering gallery mode microresonator based on a grapefruit-microstructured optical fiber infiltrated with nematic liquid crystals ［J］. Opt. Lett.， 2017， 42（15）： 2988-2991. doi: 10.1364/ol.42.002988http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.002988

KONG F S， YANG B， YANG C K， et al. Electrically tuned whispering gallery mode microresonator based on Kagomé photonic crystal fibers infiltrated with nematic liquid crystals ［J］. Appl. Opt.， 2019， 58（6）： 1351-1355. doi: 10.1364/ao.58.001351http://dx.doi.org/10.1364/ao.58.001351

梁昆淼. 数学物理方法［M］. 北京：高等教育出版社，2010：4．

LIANG K M. Mathematical Physical Method ［M］. Beijing： Higher Education Press， 2010： 4. （in Chinese）

HOU L， CHEN S B， ZHOU X， et al. Saddle-splay elasticity induced chiral structures in achiral liquid crystals within cylindrical geometry ［J］. Liq. Cryst.， 2020， 47（6）： 950-957. doi: 10.1080/02678292.2019.1692255http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2019.1692255

VAN SPRANG H A， KOOPMAN H G. Experimental and calculated results for the dynamics of oriented nematics with twist angles from 210° to 270° ［J］. J. Appl. Phys.， 1988， 64（10）： 4873-4883. doi: 10.1063/1.341236http://dx.doi.org/10.1063/1.341236

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据