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。

在由液晶形成的液滴系统（液晶液滴）中，我们正在研究施加温度梯度时发生的差动旋转和自激振动现象等非平衡现象。这些现象被认为是由施加梯度时液滴内部发生的对流驱动的，并且有必要测量液滴内部的流场以阐明该现象的机制。因此，在本研究中，我们首先构建了一个可以测量液滴内部流场的实验系统。利用该方法和现有的实验方法，我们将测量当上述非平衡现象发生时液滴内部的取向场和流场。基于这些实验结果，我们旨在利用最近提出的Onsager变分原理，从取向场和流场之间相互作用的角度阐明该现象的机制。 2022年，我们主要建设流场测量实验系统。因此，通过使用荧光漂白和共焦显微镜相结合的方法，可以三维测量液滴内部的流场。这对于实现本研究的目的非常有用。另一方面，关于温度梯度下液晶滴的非平衡现象也有了新的发现。对温度梯度下冷却过程中从液体到胆甾型（Ch）液晶相转变的详细观察表明，Ch液晶有序是通过旋转运动形成的。这种有序的形成强烈依赖于温度变化的过程，通过控制这个过程，可以改变最终Ch液晶滴的结构。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，这表明流动强烈影响Ch液晶特征有序的形成。

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