具自由表面液晶薄膜受外場作用所引發之Freedericksz Transition及其動態反應

Abstract

液晶的表面效應對元件的應用及物理現象的基本膫解非常重要. 而自由表面效應的 研究對分子之間的作用力的非等向性的膫解更為有趣. 本論文由理論及實驗兩方面 研究具自由表面液晶(5CB及8CB)薄膜受三種不同外場( 均勻磁場、雷射脈喳、CW雷 射) 作用所引發之Freedericksz Transition 及其動態反應. 由實驗結果: 具自由 表面液晶薄膜(FS)之臨界磁場及臨界CW雷射強度, 與同厚度但具硬邊界液晶薄膜(H B)者相同. 故證明了5CB 及8CB 在自由表面具有很強的定向(Orientational Anch- oring)位能; 且具自由表面液晶薄膜之結構為垂直排列, 與具硬邊界液晶薄膜者相 同. 在均勻 (磁) 場之動態反應實驗里, FS薄膜之turn-off反應速率比HB薄膜快, 此可 利用逆流效應(Back-Flow Effect)及在自由表面缺少定位(Positional Anchoring) 位能來解釋, 但是此效應在磁場大于臨界磁場時之徽擾反應的作用很小. 在有限範圍場( 脈衝雷射或CW雷射) 之實驗裡, 必須考慮非局部效應(Nonlocal E- ffec).包含橫向座標變化之分子轉動與流體流動速度之耦合運動方程式首次被導出 并被解出. 非局部效應增大了液晶之有效彈性系數, 因此增大了臨界雷射強度, 其 大小與雷射光點大小及薄膜厚度有關. 非局部效應對動態反應之影響主要透過有效 彈性系數之增大, ( 它直接增快了強度為零之turn-off反應速率 ), 對于FS及HB之 樣品皆是如此. 當分子旋轉角度較小時, 非局部效應與逆流效應之耦合會增大有效 黏滯系數而使FS薄膜之turn-on 及turn-off反應率變慢, 但是此耦合效應對HB樣品 卻可完全被忽略; 當分子旋轉角度較大時, 由于逆流效應很小, 故此耦合效應對FS 及HB樣品之徽擾反應率的影響可被忽略.