电场作用下液晶取向性的模拟研究

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液晶是部分有序,且各向异性的液体,该物质介于固体相和液体相之间。从分子的有序性来看,它具有一维和二维的长程有序性。随着液晶技术的发展,液晶分子的取向性成为我们研究的重要课题,因为液晶分子的取向性可以直接影响液晶显示效果,因此我们对液晶分子的取向行为进行了计算机模拟研究。  液晶取向行为不但受基板的影响,而且还受外加电场作用的影响。基板的尺寸,形状,以及基板上是否带电荷直接影响液晶分子的位角和倾角;外加电场直接影响液晶分子的倾角。在本文中,我们采用两个碳板作为平行基板搭建了一个液晶盒模型,在盒中放入液晶分子5cb。以这个模型作为初始模型,用分子动力学软件GROMACS模拟研究液晶分子在外加电场下的取向行为,并对模拟的结果进行了统计分析。  我们所搭建的液晶盒模型的尺寸是5.46nm×5.076nm×11.20nm,在体系中含有720个5cb分子,采用周期性边界条件进行动力学模拟。我们的模拟得到的结果如下:  (1)在不加电场的情况下,处于典型向列相的液晶分子5cb的平均倾角约为4°,平均位角是18°左右。平均位角由5cb分子与碳板的特殊分子间相互作用决定。  (2)电场作用对液晶5cb的倾角有明显的影响,随层数的增加,倾角呈先逐渐增加,后减小的趋势;随电场强度的增加,倾角也增大,但与基板直接接触的液晶层倾角不变,说明液晶分子与基板间的相互作用强于电场的作用。这些结果与实验得到的变化趋势完全吻合。  (3)在有电场作用时,整个模拟体系中液晶5cb分子的位角不随盒厚变化。这个结果与电场对5cb分子的作用机理是吻合的。  通过分子动力学模拟我们从分子水平看到了液晶分子的取向行为如何受基板和外加电场的影响。这项研究的结果对我们研究液晶显示有很重要的实际意义,同时对液晶器件的研发也很有帮助。
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