《基於液晶缺陷流動的微流體驅動與控制方法機理研究》是劉春波為項目負責人，河南工業大學為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於液晶缺陷流動的微流體驅動與控制方法機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉春波
- 依託單位：河南工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本研究是在已獲青年基金研究成果基礎上提出的基於液晶缺陷流動的全新溫度熱量控制微流體驅動方法，主要研究特徵尺寸在10微米以下的液晶盒內缺陷的形成與演變機理及該過程中所發生的液晶流動，重點探討流動的速度場、應力場及溫度場的耦合作用，分析液晶缺陷流動驅動力的性質及溫度變化等外界因素對其影響，制定驗證實驗方案。理論上以基於分子統計力學的Doi理論為基礎，採用配向分布密度函式表示液晶分子的配向狀態；引入Marrucci-Greco勢能場理論以兼顧范德華力、分子長短程作用及各種彈性力的影響；選擇Feng應力式作為構成方程式。實驗繼續使用Micro-PIV方法，選用螢光顯微鏡作為光學系統；膠囊式螺旋相液晶作為示蹤粒子，可同時得到缺陷流動的速度場與溫度場，提高實驗驗證的速度與精度。該驅動方式可實現遠程精確控制，簡化驅動器的設計，有望在生物醫學等領域得到廣泛套用。
結題摘要
隨著微流體系統，尤其是生物晶片及晶片實驗室技術的發展，微流體驅動與控制技術越來越引起研究者的注意。本項目是在已獲得的青年基金的基礎上的拓展研究，青年基金主要針對的是電場作用下所產生的液晶微流動機理及套用。本項目主要針對溫度場變化時所產生的液晶微流動，即進行了液晶缺陷形成、演變及消失過程中所產生微流動的機理及控制研究。通過項目的實施，提出了一種基於XRD等材料實驗數據與Maier-Saupe理論相結合的數值計算求解液晶材料Leslie粘滯係數的方法，適用於小分子和高分子液晶材料，可以解決目前熱致性高分子液晶材料Leslie粘度值通過實驗方法獲取難的問題；建立了微尺度下液晶缺陷流動的計算方程組，數值計算液晶缺陷形成、演變及消失過程中形成的微流動，明確了溫度的變化對流動的影響；搭建了測量溫度場變化引起的液晶微流動測量系統，自製了部分系統所需關鍵設備；首次嘗試運用分子動力學模擬的方法從分子層面上對缺陷形成及演變消失溫度進行數值實驗，並與實驗數據進行了對比，結果吻合程度較高，即液晶缺陷的形成溫度與材料成分有關係，常用5CB材料會在31℃與35℃附近會形成密集缺陷。除此以外，研究還發現，液晶材料不僅在降溫過程中會形成缺陷，在升溫過程中也可以產生液晶缺陷，生/降溫速率相同的情況下，升溫時所產生的液晶缺陷持續時間較短，這種現象在團隊所查得的文獻中還未見報導。 項目組通過4年的努力，順利完成了項目計畫書中的研究內容，達到了預期的研究目標。在完成項目任務書的基礎上，項目組進行了針對缺陷控制的相關拓展研究，實現了通過控制液晶缺陷的形成位置定向產生微流動的目標，為液晶缺陷微流動研究提供了新的發展方向。 本項目的實施為基於液晶引流的微流體驅動技術開發及套用提供了必要的理論基礎，豐富了液晶力學的理論成果，對液晶微流體驅動與控制技術的實現具有重要意義。
