流れが駆動する、液晶の非平衡現象：差動回転と自励振動の機構解明

液晶中流动驱动的非平衡现象：差动旋转和自激振动的机理阐明

• 批准号: 22H01191
• 负责人: 吉岡 潤
• 金额: $ 11.65万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01191/
• 关键词: 液晶; ソフトマター; 非平衡; 流動

液晶によって形成される滴（液晶滴）の系において、温度勾配を与えたときに生じる差動回転、および自励振動現象といった非平衡現象を対象とした研究を行っている。これらの現象は、勾配印加時に滴内部に発生する対流によって駆動されていると考えられており、現象の機構解明のためには滴内部の流動場測定が必須である。そこで本研究では、最初に滴内部の流動場を測定できる実験系を構築する。これと既存の実験手法を用いて、上記非平衡現象が発生している際の滴内部の配向場、流動場を測定する。これらの実験結果に基づいて、近年提案されたオンサーガーの変分原理を用いて、配向場と流動場の相互作用の観点から現象の機構を解明することを目的としている。2022年度は、主に流動場測定の実験系の構築を行った。その結果、蛍光退色法と共焦点顕微鏡観察を組み合わせた手法を用いることによって、滴内部の流動場を3次元的に測定できるようになった。これは本研究の目的を達成する上でとても有用である。一方、温度勾配下の液晶滴の非平衡現象に関しても新規な発見があった。温度勾配下、降温過程において液体からコレステリック(Ch)液晶相へと転移が進行するところを詳細に観察したところ、回転運動を伴いつつCh液晶の秩序が形成されることが判明した。この秩序形成は温度変化の過程に強く依存し、過程を制御することで最終的に実現されるCh液晶滴の構造を変化させることが出来る。また、前述の手法で滴内部の流動場を測定したところ、対流の発生が明確に観測され、流動がCh液晶の特徴的な秩序形成に強く影響していることが示唆されている。

正在对非平衡现象（例如差异旋转和自激发振动现象）进行研究，这些振动现象是在由液晶形成的液滴（液晶滴）系统中施加到温度梯度时发生的。人们认为这些现象是由当应用梯度内部发生的对流驱动的，并且对液滴内部的流场的测量对于阐明现象的机理至关重要。因此，在这项研究中，我们首先构建了一个可以测量液滴内流场的实验系统。使用这种和现有的实验技术，测量上述非平衡现象时，液滴内的方向和流场被测量。基于这些实验结果，目的是从近年来提出的Onsarger的变异原理从方向和流场之间的相互作用的角度阐明现象的机理。在2022财年，我们主要构建了用于流场测量的实验系统。结果，通过使用结合荧光褪色方法和共聚焦显微镜的方法，可以三维测量液滴内的流场。这对于实现这项研究的目标非常有用。另一方面，关于温度梯度下液晶液滴的非平衡现象也有新的发现。当我们详细观察到在温度梯度下的温度降低过程中从液体到胆固醇（CH）液晶相的过渡时，发现CH液晶的顺序是用旋转运动形成的。这种排序在很大程度上取决于温度变化的过程，并且可以控制最终实现的CH液晶液滴的结构。此外，当使用上述方法测量液滴内部的流场时，清楚地观察到对流的发生，这表明流动会强烈影响CH液晶的特征级形成。

项目成果

Rotational Phenomenon Driven by Temperature Gradient in a Cholesteric Droplet with Air Interface

具有空气界面的胆甾型液滴中温度梯度驱动的旋转现象

• 发表时间: 2022
• 作者: J. Yoshioka;K. Fukao
• 通讯作者: K. Fukao