Неравновесные фазовые переходы в жидких кристаллах

А.Ю. Зубарев  (Екатеринбург)

Теория равновесных жидкокристаллических переходов изотропная среда – нематик (I – N переходов) достаточно хорошо разработана. Целью этой работы является теоретическое исследование IN переходов в термотропных жидких кристаллах в условиях стационарного сдвигового течения. Фундаментальным вопросом рассматриваемой проблемы является выбор условий стационарного сосуществования изотропной и нематической фаз. В отсутствии специфических гидродинамических сил, заставляющих молекулы перемещаться через межфазную границу условием устойчивого сосуществования фаз должно быть отсутствие диффузионного потока и непрерывность потока импульса через межфазную границу. Следовательно, как и в равновесных системах, одним из условий сосуществования однородных фаз может быть выбрано равенство химических потенциалов молекул в них. Для определения химических потенциалов мы представили свободную энергию F в виде классического функционала от функции распределения f по ориентациям молекул. Для функции f записали специальное уравнение Фоккера – Планка. Это уравнение было приближенно решено для обеих (I и N) фаз. Используя известные представления макроскопического тензора гидродинамических напряжений через моменты f, заодно оценили реологические характеристики жидкого кристалла в обоих – изотропном и нематическом состояниях. Используя в функционале F найденную функцию f, зависящую от градиента скорости как от параметра, мы рассчитали химический потенциал молекул в виде функции от параметра нематического порядка и градиента скорости . Приравнивая химические потенциалы в I и N фазах, оценили температуру перехода в зависимости от  и ориентации межфазной границы. Результаты показывают, что максимальная температура T1 перехода (более высокая, чем равновесная температура перехода Т0) соответствует межфазной границе, расположенной в плоскости скорость потока – ее градиент. Минимальная T2 (также более высокая, чем Т0 ) – в плоскости перпендикулярной градиенту скорости. Поэтому можно ожидать, что при охлаждении I фазы I - N переход произойдет при температуре T1 , при нагреве N фазы – при температуре T2 c соответствующими ориентациями межфазной границы. В любом случае сдвиговое течение стимулирует возникновение N фазы.

Работа выполнена при поддержке фонда CRDF (грант № REC 005).