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关于液晶的理论可以分为两大基本类别:一类是连续介质理论,另一类是分子理论。
这两种理论研究问题的思路大相径庭,但在解释有关液晶的现象中各有所长。
连续介质理论主要解释液晶在电场、磁场和力场等外场中的行为。本文第一部分以液晶连续体力学理论为基础,研究混合排列向列相(HAN)液晶的动力学行为。建立了三种情形下的指向矢运动方程,即严格考虑引流效应,通过有效粘滞系数γeff考虑引流效应和完全忽略引流效应。通过对加电压和撤电压过程的数值模拟,我们发现:通过有效粘滞系数γeff考虑引流效应不会发生引流效应引起的指向矢过倾斜现象,但会影响液晶响应速度。
分子理论是从分子间相互作用出发研究液晶的宏观性质。由于液晶分子为有机大分子,通常只能通过两体势模型描写其相互作用。1996,Gruhn和Hess基于向列相的宏观弹性自由能密度公式提出了一种空间各向异性两体作用势模型(Gruhn-Hess 模型)。有两种从弹性能到势参数的映射方案,分别称为模型一和模型二。最近,作者将两体势理论与弹性理论相结合,讨论了势参数与弹性常数k13的关系,建立了新的模型—修正Gruhn-Hess 两体势模型。本文二、三部分基于该两体势模型研究弯曲形变向列相液晶盒和TN 模式液晶盒。该两体势是空间各向异性的并且依赖于液晶的弹性常数。
第二部分利用单一弹性常数近似下的修正模型研究弯曲形变向列相液晶盒。在理想有序条件下,对模型进行连续化处理,截断到形变的二阶项,给出的自由能密度公式与含k13项的弹性理论公式一致。使用模型直接研究强锚泊弯曲形变向列相盒,并不出现弹性理论给出的边界处不连续。通过Monte Carlo 模拟研究发现,两体势中的k13项将加剧弯曲盒中间层的涨落。第三部分利用模型一模拟研究TN 模式液晶盒。通过Monte Carlo 模拟和琼斯矩阵方法得到TN 液晶盒的电光特性曲线和中间层指向矢分布。我们发现:电光特性曲线和中间层的极角分布曲线相似;k33/k11取值会影响陡度因子γ的大小,k33/k11取值越大,陡度因子γ越大。