Mehka elasti nost
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 19

Mehka elastičnost PowerPoint PPT Presentation


  • 76 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Univerza v Ljubljani Fakulteta za matematiko in fiziko. Mehka elastičnost. Miha Ravnik Mentor: prof. dr. Slobodan Žumer. Vsebina. -> Uvod -> Lastnosti elastomerov -> Tekoči kristali -> Nematski tekočekristalni elastomeri -> Mehka elastičnost

Download Presentation

Mehka elastičnost

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Mehka elasti nost

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za matematiko in fiziko

Mehka elastičnost

Miha Ravnik

Mentor: prof. dr. Slobodan Žumer


Vsebina

Vsebina

-> Uvod

-> Lastnosti elastomerov

-> Tekoči kristali

-> Nematski tekočekristalni elastomeri

-> Mehka elastičnost

- Izračun proste energije ob mehkem vrtenju direktorja

- Eksperimentalna potrditev mehke elastičnosti

-> Zaključek


Mehka elasti nost

Uvod

-> Tekočekristalni elastomeri (TKE) so materiali, ki združujejo lastnosti tekočih kristalov in navadnih elastomerov - gum

= +

nematski TKE nematski tekoči kristal elastomer

-> Mehko elastičnost sta na osnovi simetrijskih razlogov teoretično prvič napovedala Golubović in Lubensky leta 1989.

-> Eksperimentalno je bila mehka elastičnost prvič opažena v skupini Finkelmanna leta 1995 s pojavom pasovnih domen (“stripe domains”).

Sklopitev tekočekristalnega orientacijskega reda in entropično obnašanje elastomerov se v TKE odraža v novih fizikalnih pojavih, kot so spominski efekt, deformacijsko inducirana nezvezna rotacija direktorja ter mehka elastičnost.


Lastnosti elastomerov kemijska zgradba

Lastnosti elastomerov – kemijska zgradba

Osnovni gradniki elastomerov so večinoma lahki ogljikovodiki ali silikoni.

Primeri elastomerov

monomeri

polimerne verige

elastomer

ogljikovodiki

silikoni


Lastnosti elastomerov opis

Lastnosti elastomerov - opis

-> Elastomer – povezne polimerne verige (Staudinger, 1920)

-> model z Gaussovo verigo:

@ vektor med začetkom in koncem verige

@ verjetnostna porazdelitev po :

->Neposredno z obliko polimernih molekul in z načinom povezave med posameznimi molekulami sta povezani entropija oziroma prosta energija elastomerov.


Lastnosti elastomerov prosta energija

Lastnosti elastomerov – prosta energija

->Prosto energijo posamezne polimerne verige določimo iz partiticijske funkcije.

Prosta energija polimerne verige pri danem


Lastnosti elastomerov prosta energija deformacije 1 2

Lastnosti elastomerov – prosta energija deformacije 1/2

-> Prosta energija deformirane polimerne verige.

-> Deformacijo polimerne verige opišemo s tenzorjem deformacije

-> Dobimo prosto energijo deformirane polimerne verige.

-> Prosto energijo deformirane polimerne verige povprečimo po porazdelitvi.

-> Dobimo:


Lastnosti elastomerov prosta energija deformacije 2 2

Lastnosti elastomerov – prosta energija deformacije 2/2

z

raztezanje

krčenje

-> Prosta energija za deformacijo vzdolž izbrane lastne osi z


Teko i kristali osnovne lastnosti

Tekoči kristali – osnovne lastnosti

Tekoči kristali so snovi, za katere so poleg osnovnih treh faz (trdna, tekoča in plinasta) značilne še dodatne mezofaze.

orientacijski red:

NEMATSKI TEKOČI KRISTALI

orientacijski in pozicijski red:

SMEKTIČNI TEKOČI KRISTALI

Tekočekristalne molekule zaradi termičnih fluktuacij stalno nihajo okrog preferenčne smeri - ureditveni parameter S.

(biaksialnost!)


Nematski teko ekristalni elastomeri 1 3

Nematski tekočekristalni elastomeri – 1/3

Združujejo orientacijski red nematskih tekočih kristalov in elastične lastnosti elastomerov.

Le posamezni deli molekul (MEZOGENSKE SKUPINE) vzdržujejo tekočekristalni red.

“Efektivno obliko” nematskih tekočekristalnih molekul se določa z metodami nevtronskega sipanja.


Nematski teko ekristalni elastomeri 2 3

Nematski tekočekristalni elastomeri – 2/3

Anizotropno obliko molekul nematskih tekočekristalnih elastomerov se opiše s tenzorjem dolžine efektivnega monomera.

Molekule navadnega elastomera so v grobem “sferične”.

Izotropna verjetnostna porazdelitev:

Anizotropna verjetnostna porazdelitev:


Nematski teko ekristalni elastomeri 3 3

Nematski tekočekristalni elastomeri – 3/3

Prosto energijo deformiranega nematskega TKE določimo podobno kot za navadne elastomere.

Iz partiticijske funkcije izračunamo prosto energijo posamezne anizotropne verige.

Prosto energijo deformirane polimerne verige povprečimo po porazdelitvi

deformiramo

DOBIMO (deformacija je afina):

Neodvisen od smeri deformacije. Pomemben, če se spremeni togost verig.

Aditivna konstanta.

Opiše poljubno deformacijo - raztezanje, krčenje, strig.


Mehka elasti nost skica obravnavanega sistema

Mehka elastičnost - skica obravnavanega sistema

-> Mehka elastičnost je pojav vrtenja molekul znotraj elastomera brez notranjega upora.

-> Opisali jo bomo s prosto energijo deformiranega nematskega tekočekristalnega elastomera.

direktor pred deformacijo

direktor po deformaciji

relativni raztezek v z smeri

kot med začetnim direktorjem in smerjo deformacije

kot začetnim in končnim direktorjem


Mehka elasti nost prosta energija ob mehkem vrtenju direktorja

Mehka elastičnost - prosta energija ob “mehkem” vrtenju direktorja

Prosta energija deformiranega nematskega tekočekristalnega elastomera:

Minimizacija proste energije:

4 prosti parametri + 1 vez (nestisljivost)

M. Warner, P. Bladon and E.M. Terentjev, J. Phys. II France 4, 93-102 (1994)


Mehka elasti nost rezultati 1 2

Mehka elastičnost - rezultati 1/2

Prosta energija za deformacijo vzdolž izbrane osi z:

“mehka” deformacija

obnašanje kot v navadnem elastomeru

Prosta energija “mehke” deformacije:

– popolnoma gibke povezovalne skupine:


Mehka elasti nost rezultati 2 2

Mehka elastičnost - rezultati 2/2

Kritični raztezek v odvisnosti proste energije:

je funkcija snovnih lastnosti in začetne orientacije direktorja.

->Na makroskopsko obnašanje tekočekristalnih elastomerov poleg mehanskih polj vplivatudi notranji red mezogenskih skupin – temperatura.

-> Pri prehodu iz nematske v izotropno fazo se vzorec skrči v smeri začetnega direktorja za ~30%.


Mehka elasti nost eksperimentalna potrditev

Mehka elastičnost - eksperimentalna potrditev

Pojav “pasovnih domen”

(stripe-domains)

površina sponvs.domenske stene

C

B

A

V eksperimentu spone onemogočajo popolno relaksacijo (mehkost) medija.

A formiranje domen + togost povezovalnih skupin

B (skoraj) mehko vrtenje direktorja – povezovalne skupine

C elastičen odziv


Zaklju ek

Zaključek

teorija

elastomer

vrtenje direktorja

nematski tekočekristalni elastomer

eksperiment

nematski tekoči kristal

Opis mehke elastičnosti


Mehka elasti nost

Viri


  • Login