玻璃态向列型液晶薄膜的非线性变形和屈曲形貌研究

摘要

玻璃态向列型液晶薄膜在外加刺激下，会产生沿着液晶指向收缩，垂直液晶指向膨胀的可逆自发变形。根据液晶指向在薄膜平面内排布的不同，向列型薄膜会产生不同的三维屈曲形貌。由于具有这种机械响应特性，向列型薄膜在形状可调控装置领域有着广泛的应用前景。为了深入了解这类薄膜的变形特点，本文将主要研究具有面内指向排布的玻璃态向列型液晶薄膜的变形问题。
　　首先在冯卡门板理论框架下建立了一个理论模型，用以描述含有平面指向排布的向列型薄膜的变形问题。模型使用本征应变描述了薄膜内的自发变形分布，同时考虑了向列型材料的弹性各向异性性质以及薄膜的几何非线性变形，最后运用虚功原理得到了描述薄膜稳态变形的控制方程。
　　接着发展了一套动力学演化方法，用来数值求解描述薄膜变形构型的控制方程。先是引入等效薄膜体系以简化平衡方程的求解，再将薄膜体系看作受能量释放驱动的过阻尼演化系统，当薄膜体系演化至总势能达到极小值时，即可得到薄膜变形的稳态解。
　　通过具体的算例，验证了在模型中考虑材料弹性各向异性性质对于向列型薄膜变形构型求解的影响，同时讨论了薄膜几何尺寸以及本征应变取值对于薄膜变形构型的影响。进一步还讨论了薄膜形状尺寸以及本征应变分布对于薄膜变形构型的影响。
　　本文的工作为含有平面指向排布的玻璃态向列型薄膜的变形求解，提供了一套简单而又有效的理论数值方法，同时也验证了在求解向列型薄膜的变形构型时，不应忽略材料的弹性各向异性性质。文中关于薄膜形状尺寸以及本征应变分布对于薄膜变形构型影响的讨论，为以后进行向列型薄膜的三维变形构型设计提供了更加多样的思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 向列型液晶弹性体

1．1．2 液晶弹性体的自发变形

1．1．3 向列型薄膜的应用前景

1．2 研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 向列型薄膜的理论模型

2．1 模型描述

2．2 横观各向同性应力应变关系

2．3 控制方程

2．4 本章小结

第三章 动力学演化数值方法

3．1 等效薄膜体系

3．2 动力学演化方程

3．3 数值计算的参数选取

3．4 本章小结

第四章 含拓扑缺陷薄膜的变形分析

4．1 薄膜内的拓扑缺陷

4．2 含有环状指向排布薄膜的变形分析

4．3 含有螺旋状指向排布薄膜的变形分析

4．4 本章小结

第五章 外加调控下薄膜的变形构型

5．1 部分区域存在本征应变时薄膜的变形构型

5．2 具有复杂平面形状时薄膜的变形构型

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 后续展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果