Numerical simulation of flow and structure in nematic liquid crystalline materials between eccentric cylinders

Noroozi, Nader; Grecov, Dana

doi:10.1016/j.jnnfm.2014.03.008

Cited by 9 publications

(6 citation statements)

References 41 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…10. In (1-4) the left column is h, the middle is β and on the right we find κ − u; the same applies to (5)(6)(7)(8). In (4) we see that double wrinkling corresponds to inner loops (crossings) in stress and curvatures-stress loops.…”

Section: Higher Order Anchoring Modelsmentioning

confidence: 65%

“…Cholesteric liquid crystalline phase can be widely found throughout nature [1][2][3][4]. A distinguishing difference between cholesteric liquid crystals (CLCs) and other liquid crystal [5] is that CLCs are macroscopically (µmrange) chiral with a spatially periodic structure, which ensures the existence of some unique properties such as optical [6] and tribological [7] response. The cholesteric material is characterized by the orientation of the helix vector, the handedness (+/−) and the pitch (periodicity) length P 0 [3].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Mechanogeometry of nanowrinkling in cholesteric liquid crystal surfaces

2020

View full text Add to dashboard Cite

Biological plywoods are multifunctional fibrous composites materials, ubiquitous in nature. The chiral fibrous organization is found in chitin (insects), cellulosics (plants) and collagen I (cornea and bone of mammals) and is a solid analogue of that of cholesteric liquid crystals. The surface and interfaces of plywoods are distinguished by hierarchical topographies and nano-wrinkling. In this paper, we present a theory to model the emergence of these surfaces and interfaces using novel liquid crystal-based shape equations that directly connect material properties with geometric wrinkling. The model applies to liquid crystal precursors of the plywood solid analogues. We focus on wrinkling geometry, wrinkling mechanics, and the mechano-geometry relationships that underlie multifunctionality ubiquitous in biological surfaces. Scaling wrinkling laws that connect mechanical pressures and stresses to folding and bending are formulated and quantified. A synthesis of the connections between mechanics and geometry is achieved using the topology of stress curves and curvature of the wrinkles. Taken together the results show that anchoring is a versatile surface morphing mechanism with a rich surface bending stress field, two ingredients behind many potential multifunctionalities.

show abstract

Section: Higher Order Anchoring Modelsmentioning

confidence: 65%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mechanogeometry of nanowrinkling in cholesteric liquid crystal surfaces

2020

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…2,3 The remarkable rheological properties of these materials are due to the flow-induced evolution of molecular configurations. 1 It was also established that liquid crystals can change their orientation state in the vicinity of a solid surface. The ability of liquid crystalline materials to form ordered boundary layers with good loadcarrying capacity and low coefficient of friction, thus contributing to increase the component's service life and save energy, explains the interest in their use as lubricants, [4][5][6] especially under boundary lubrication conditions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Nematic liquid crystals are orientationally ordered, textured, anisotropic, and viscoelastic materials. 1 They exhibit fluidity as liquid and elasticity of crystalline solid body in direction perpendicular to the flow. 2,3 The remarkable rheological properties of these materials are due to the flow-induced evolution of molecular configurations.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Tribological capabilities of chiral nematic liquid crystal additives in mineral motor oil

Mokšin

2014

Advances in Mechanical Engineering

View full text Add to dashboard Cite

This article presents the results of experimental investigation of tribological properties of commercial mineral motor oil with chiral nematic (also known as twisted nematic or cholesteric) liquid crystal additives. Cholesteryl stearate and valerate (fatty acid cholesterol esters) liquid crystals were used as oil additives in investigation. Tribological experiments were performed using a block-on-disc-type tribo-test machine at constant experiment time and sliding velocity conditions. The load (contact pressure), concentration of liquid crystalline additive in oil and Rz roughness of steel–steel friction surfaces were taken as variable parameters. The mean coefficient of friction of steel–steel friction pair lubricated by oil with and without liquid crystal additives and near-contact temperature were taken as dependent variables. Regression equations were then derived for each lubricant and tribological efficiency of liquid crystals as oil additives was evaluated. It was established that coefficient of friction of steel–steel friction pair and near-contact temperature are reduced to about a half in the presence of liquid crystal additives. Results of tribological experiments show that tribological efficiency of liquid crystals as oil additives increases with increase in their molecular mass.

show abstract

“…properties exhibited by discotic mesophases via a nonlinear second-order tensor Landaude Gennes (LdG) model, taking into account short-range order elasticity, long-range elasticity, and viscous effects. [263][264][265][266][267] Other characteristic continuum theory modeling include the work of Hong and Chan 268 , utilizing the Ericksen and LdG models to investigate the structure development and texture formation across mesophase pitch-based carbon fibers, and the work of Noroozi and Grecov 269 on LdG theory studies of time transient isothermal flow of lyotropic nematic DLCs.…”

Section: Modeling and Simulations Of Discotic Materialsmentioning

confidence: 99%

Multiscale simulations of discotic materials

Ziogos¹,

Ζιώγος²

View full text Add to dashboard Cite

Η κατηγορία των ευδιάλυτων δισκόμορφων οργανικών μορίων, με ικανότητες αυτο-οργάνωσης σε σύνθετες υπερμοριακές δομές, αποτελεί μία πολλά υποσχόμενη οικογένεια υλικών για τεχνολογικές εφαρμογές. Στην ειδική περίπτωση των πολυαρωματικών μεσογόνων, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ απεντοπισμένων π μοριακών τροχιακών καθιστούν τα υλικά αυτά κατάλληλα για χρήση ως ενεργά μέσα οργανικών ηλεκτρονικών διατάξεων.Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται μοριακές προσομοιώσεις δισκόμορφων υλικών σε πολλαπλές κλίμακες, με τη χρήση υπολογισμών πρώτων αρχών βάσει της θεωρίας Συναρτησιακού της Ηλεκτρονικής Πυκνότητας (Density Functional Theory, DFT) καθώς και ατομιστικών προσομοιώσεων Μοριακής Μηχανικής και Μοριακής Δυναμικής βάσει εμπειρικών εκφράσεων για την περιγραφή ατομικών αλληλεπιδράσεων. Σκοπός των μελετών αυτών είναι ο προσδιορισμός σχέσεων δομής- ιδιοτήτων, ξεκινώντας από το κβαντικό επίπεδο ως προς ηλεκτρονικές ιδιότητες και φαινόμενα μεταφοράς φορτίου, μέχρι τη νανομετρική κλίμακα, εξετάζοντας δομικές, μηχανικές και δυναμικές ιδιότητες περιοδικών μοριακών κρυστάλλων.Όσον αφορά στα υπό μελέτη συστήματα, εξετάζονται μόρια της οικογένειας των λεγόμενων νανογραφενίων, με ιδιαίτερη βαρύτητα στο εξα-περι-εξαβενζοκορονένιο (hexa-peri- hexabenzocoronene, HBC), καθώς και σε παράγωγα αυτού που προκύπτουν μέσω περιφερειακής υποκατάστασης. Συγκριτικές μελέτες με τη χρήση κβαντομηχανικών υπολογισμών πάνω σε δισκόμορφα μόρια μεταβλητής έκτασης πυρήνα χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση ηλεκτρονικών ιδιοτήτων και ποσοτήτων που θεωρούνται κρίσιμες στους μηχανισμούς μεταφοράς φορτίου. Ως προς τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, τα υπό εξέταση δισκόμορφα μόρια κυμαίνονται από το μικρότερο δυνατό, δηλ. το βενζόλιο, μέχρι εκτεταμένα δισκόμορφα μοριακά συγκροτήματα που προκύπτουν μέσω συνένωσης πολυαρωματικών μονάδων με τη χρήση κατάλληλων αρθρωτών μορίων σύνδεσης.Παράγωγα του μεσογόνου HBC που φέρουν αλκυλικές πλευρικές ομάδες, τόσο σε μη-πολική όσο και σε πολική μορφή μέσω της υποκατάστασης ενός ατόμου ιωδίου, εξετάζονται με τη χρήση προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής, στοχεύοντας στη μελέτη δομικών, μηχανικών και δυναμικών ιδιοτήτων υπό δεδομένες καταστάσεις θερμοκρασίας και πίεσης. Τα ακριβή μοτίβα μοριακής στοίβαξης εξάγονται από εξισορροπημένες τροχιές Μοριακής Δυναμικής, καθώς αποτελούν το βασικότερο παράγοντα που ελέγχει την ικανότητα μεταφοράς φορτίου, όπως προκύπτει τόσο από τη βιβλιογραφία όσο και από τις μελέτες της παρούσας εργασίας.Επιπλέον, αμφιφιλικά μεσογόνα με βάση το μόριο HBC, που χαρακτηρίζονται από τη λεγόμενη γεωμετρία “Ιανού”, εξετάζονται με τη χρήση προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής. Μόρια αυτής της κατηγορίας φέρουν διαφορετικές πλευρικές ομάδες ως προς την υδροφιλικότητά τους, γεγονός που οδηγεί στην αυτο-οργάνωσή τους σε φυλλόμορφες υπερμοριακές δομές. Ατομιστικές προσομοιώσεις χρησιμοποιούνται για την μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας σε δομικές και δυναμικές ιδιότητες τέτοιων φυλλόμορφων διατάξεων, λαμβάνοντας ταυτόχρονα μία πλήρη εικόνα ατομιστικής λεπτομέρειας αναφορικά με τη διαδικασία τήξης. Μοριακοί κρύσταλλοι με βάση υποκατεστημένους πολυαρωματικούς δίσκους εκτεταμένης έκτασης, όπως το μόριο τριγωνικής συμμετρίας C96 και το μόριο τετραγωνικής συμμετρίας C132, εξετάζονται επίσης βάσει υπολογισμών Μοριακής Δυναμικής. Πέραν τέτοιων δισκόμορφων μορίων που χαρακτηρίζονται από έναν πολυαρωματικό δίσκο ανά μεσογόνο, στην παρούσα μελέτη λαμβάνονται υπόψη και ομοιοπολικά συνδεδεμένα συγκροτήματα δισκόμορφων μοριών με συμμετρία αλτήρα αλλά και με τριγωνική αστεροειδή συμμετρία υπό τη μορφή μορίων με μία βασική συνδετική μονάδα και τρεις μοριακούς βραχίονες που καταλήγουν σε δισκόμορφα τμήματα των μορίων HBC, C96 και C132. Τέτοια αστεροειδή μόρια φαίνεται να αυτο-οργανώνονται σε κιονοειδής νανοφάσεις με συμμετρία τριπλής έλικας, με χαρακτηριστική δομική ευρωστία και ικανότητα σχηματισμού εξαγωνικών μοριακών κρυστάλλων. Μία μεθοδολογία πολλαπλής κλίμακας εφαρμόζεται για τον προσδιορισμό μηχανισμών μεταφοράς φορτίου σε τέτοια υλικά, κάνοντας χρήση πληροφοριών τόσο από το κβαντικό όσο και από το εμπειρικό-ατομιστικό επίπεδο. Αναφορικά με τη δημιουργία αρχικών απεικονίσεων για τη χρήση σε ατομιστικές προσομοιώσεις στις περιπτώσεις που μία κρυσταλλογραφική προσέγγιση θεωρείται άτοπη ή μη επιθυμητή, αναπτύσσεται και εφαρμόζεται ένα υβριδικό σχήμα δεσμού-προς-δεσμό πιθανοκρατικής Monte Carlo κατασκευής αρθρωτών μακρομορίων, ικανό για την παραγωγή αλκυλικών νανοφάσεων πέριξ σκληρών νανοδομημένων περιοχών εντός δεδομένου χωρίου προσομοίωσης.

show abstract

Numerical simulation of flow and structure in nematic liquid crystalline materials between eccentric cylinders

Cited by 9 publications

References 41 publications

Mechanogeometry of nanowrinkling in cholesteric liquid crystal surfaces

Mechanogeometry of nanowrinkling in cholesteric liquid crystal surfaces

Tribological capabilities of chiral nematic liquid crystal additives in mineral motor oil

Multiscale simulations of discotic materials

Contact Info

Product

Resources

About