Dissipative structures in the non-equilibrium dynamics of chiral liquid crystal droplets

手性液晶液滴非平衡动力学中的耗散结构

基本信息

批准号：
20K14433
负责人：
坊野慎治
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14433/
关键词：
液晶ソフトマターの物理キラリティー表面散逸 MEMS ソフトマター

项目摘要

本研究では等方相中に分散したキラルな液晶滴の散逸構造について研究した。キラル液晶試料を液晶-等方相共存相温度に置くと、等方相中に自発的にキラル液晶滴が等方相中に分散する。このキラル液晶滴に熱流を印加すると、熱流が散逸する過程で液晶滴の一方向回転が駆動される。2022年度はキラルな液晶滴の熱駆動一方向回転を利用してMicro electromechanical systems (MEMS)デバイスからの微小な熱流を検出するメカニズムを提案した。MEMSデバイスを駆動すると、入力した電力の一部が熱として散逸する。MEMSデバイスのミクロな性質において重要な熱分布を可視化するために、キラル液晶滴を利用したメカニズムを提案した。等方液体相中に分散したキラル液晶滴に熱流を印加すると、熱流量に比例した角速度で一方向に回転する。このサーモメカニカル交差相関を熱流の検出原理として利用するために、キラル液晶滴の熱流-トルク変換効率を定量的に調べた。金ナノ薄膜をパターニングしたモデルデバイス上にキラル液晶滴を導入しキラル液晶滴の回転挙動を観察した。金ナノ薄膜に電流を印加すると、キラル液晶滴は金ナノ薄膜から発生した熱流を感知し一方向に回転する。キラル液晶滴のマイクロ熱流検出について、熱流検出の分解能を定量的に評価した。その結果、本研究で提案したキラル液晶滴を用いるメカニズムを利用するとMEMSデバイスからの微小な熱流を、高い空間分解能と高い熱流検出精度を両立して、マルチスケールで検出できることが明らかになった。

这项研究研究了分散在各向同性相中的手性液晶液滴的耗散结构。当手性液晶样品放在液晶 - 异位相共存温度下时，手性液晶液滴会自发分散在各向同性相中。当将热流施加到手性液晶液滴上时，液晶液滴的单向旋转在消散热流的过程中驱动。在2022年，我们提出了一种使用手性液晶液滴的热驱动的单向旋转，用于检测微型机电系统（MEMS）设备的微热流。当驱动MEMS设备时，某些输入功率被耗散为热量。已经提出了一种使用手性液晶液滴的机制来可视化热分布，这在MEMS设备的微观特性中很重要。当将热流施加到分散在各向同性液相相中的手性液晶液滴上时，该流量以与热流速成正比的角速度向一个方向旋转。为了将这种热机械互相关用作检测热流的原理，对手学液晶液滴的热流动转化效率进行了定量研究。手性液晶液滴被引入用金纳米薄膜模式的模型装置上，并观察到手性液晶液滴的旋转行为。当将电流施加到金纳米薄膜上时，手性液晶液滴会感觉到从金纳米薄膜产生的热流并沿一个方向旋转。定量评估了手性液晶液滴的热流检测的分辨率。结果，可以发现，本研究中提出的手性液晶液滴使用该机制可以在多尺度上检测来自MEMS设备的小热流，具有高空间分辨率和高热流量检测精度。