Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Լազերով մակածված հիդրոդինամիկական շարժումներ նանոմասնիկներով հարստացված իզոտրոպ հեղուկներում

Պետրոսյան, Կարեն Արայի (2019) Լազերով մակածված հիդրոդինամիկական շարժումներ նանոմասնիկներով հարստացված իզոտրոպ հեղուկներում. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img] PDF (Abstract)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (4Mb)
    [img]
    Preview
    PDF (Thesis)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (3039Kb) | Preview

      Abstract

      Արտադրության մեջ գիտական ձեռքբերումների արագ ներդրումն այսօրվա առաջնահերթություններից է: Դրա վառ օրինակներից է հեղուկ բյուրեղների (<Բ) օպտիկան և ֆոտոնիկան: ՀԲ-ների ֆիզիկայի բուռն զարգացումը աշխարհում հանգեցրել է արտադրական տեխնոլոգիաների սրընթաց վերելքի: ՀԲ-ների օպտիկական հետազոտությունները և դրանց հիմքի վրա մշակ¬ված տեխնոլոգիաները, հատկապես մեծ թափ են ստացել վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում: ՀԲ-ային միջավայրերի կարևորագույն առանձնահատկությունը, որով նրանք տարբերվում են իզոտրոպ հեղուկներից, դրանց մոլեկուլների երկար առանցքների կոդմնորոշումային ազատության աստիճանի գոյությունն է: Վերջինս բնութագրում է հեղուկ անիզոտրոպ միջա¬վայրում մոլեկուլների տարածական կարզավորվածությունը [1]: Քանի որ <Բ¬ում մոլեկուլների կոդմնորոշումային կարգը պայմանավորված է հիմնականում ՎանդերՎալսյան դիսպերսային ուժերով, ուստի թույլ արտաքին ազդեցությունները հանգեցնում են կարգավորվածության աստիճանի զգալի փոփոխու¬թյունների [2]: Դա հանգեցնում է ՀԲ-ային փուլի բոլոր ֆիզիկական հատկությունների փոփոխության, որն ընձեռում է դրանց բնութագրերի հեշտ ղեկավարման հնարավորություն: ՀԲ-ներն օժտված են մեծ զգայունությամբ արտաքին այնպիսի դաշտերի նկատմամբ, ինչպիսիք են էլեկտրական, մագնիսական [3], լուսային դաշտերը [1, 4], ջերմային և հիդրոդինամիկական հոսքերը [5] և այլն: Վերն ասվածը կիրառական տեսանկյունից ՀԲ-ները դարձնում է չափազանց հեռանկարային էլեկտրոնիկայում, ջերմատեխնիկա¬յում, բժշկության մեջ [6], և փորձարարական ֆիզիկայի տարբեր բնագավառներում ֆոտոնիկայում [7], ոչ գծային օպտիկայում [4], քիմիայում, բիոլո¬գիայում [8] և այլն: Վերջին տարիներին լայն թափ է ստացել լազերային ֆիզիկայի և ֆոտո- նիկայի բուռն զարգացող մի նոր ուղղություն, որը կապված է ֆոտոնային արգելված գոտիով (ՖԼԼԳ) օժտված միկրոկառուցվածքներում' ֆոտոնային բյուրեղներում (ՖԲ) և միկրոռեզոնատորներում գծային և ոչ գծային օպտիկական երևույթների, ինչպես նաև լազերային ճառագայթման գեներացիայի հետազոտման հետ: Այդպիսի միկրոկառուցվածքներն օժտված են դիէլեկտրական թափանցելիության պարբերական մոդուլյացիայով, որի պարբերությունը տեսանելի լույսի ալիքի երկարության կարգի մեծություն է: Դրա հետևանքով առաջանում է ալիքային վեկտորների մի այնպիսի միջակայք, որով արգելված է լույսի տարածումը [9]: Յույց է տրվել, որ առավել հետաքրքրական են այն ֆոտոնային կառուցվածքները, որոնցում առկա են արատներ [10], և հատկապես կիրառական տեսակետից, առավել հետաքրք- րական են, երբ դրանք ղեկավարվող են արտաքին ներգործություններով [11, 12]: Բոլորովին վերջերս ցույց է տրվել, որ նման հնարավորություն կարող են ընձեռել նաև ՀԲ-ային թաղանթներում մակածված հիդրողինամիկական հոսքերով ձևավորված արատները [12]: Հետևաբար, ՀԲ-ային բարակ թա¬ղանթներում հիդրողինամիկական հոսքերով, կանխատեսելի և ղեկավարվող արատների մակածումն ու ուսումնասիրումը կարող է ծառայել ՀԲ-ային օպտիկական տարրերում դրանց կիրառությունների ընդլայնմանը, ինչպես նաև գոյություն ունեցողների կատարելագործմանը: Վերը թվարկվածներն են այն հիմնական պատճառները, որ այս բնագավառում հետագոտողների հետաքրքրություններին հաղորդում են ինչպես ակադեմիական, այնպես ել կիրառական ասպեկտներ: Հիմնարար հետաքրքրությունն այն է, որ միջավայրի օպտիկական արձագանքը հնարավոր է ղեկավարել օրինակ, կարելի է իրականացնել ֆոտոլումինեսցենցիայի կտրվածքի վերահսկեի ուժեղացում, թաղանթն անցած և անդրադարձած լույսի բևեռացման վերահսկելի փոփոխություն և այլն: ՀԲ-ներում մակածված հիդրոդինամիկական շարժումների ուսումնասիրման կիրառական նշանակությունը կապված է դրանց հիման վրա նոր տիպի էներգախնայող, հեշտ կառավարվող և ցածր ինքնարժեքով ֆոտոնային և օպտոէլեկտրոնային սարքերի ստեղծման և գործողների կատարելագործման հեռանկարի հետ: Նմանատիպ տարրերի մշակումը կարևոր է նաև լույսի միջոցով լույսի ղեկավարման, օպտիկական տեղեկույթի փոխանցման, պահպանման և վերականգնման համար: Անհրաժեշտ է ուշադրություն դարձնել այն հանգամանքին, որ հիդրոդինամիկական հոսքերը ՀԲ-ներում ունեն մի շարք առանձնահատկություններ, որոնցով դրանք տարբերվում են իգոտրոպ հեղուկներում հիդրոդինամիկական հոսքերից [13]: Նախ, դա պայմանավորված է նրանով, որ բացի հիդրո- դինամիկական հոսքեր առաջացնող պատճառներից, որոնցով կարելի է ղեկավարել այդ հոսքերը, որպես այդպիսիք կարող են հանդես գալ նաև արտաքին էլեկտրական, մագնիսական, լուսային և այլ դաշտերը: Երկրորդ հանգամանքն այն է, որ ջերմային կոնվեկցիան նեմատիկ հեղուկ բյուրեղում (ՆՀԲ) բնութագրվում է մեծ թվով նյութական հաստատուններով, ինչը ենթադ¬րում է դիսիպատիվ կառուցվածքների առաջացման բազմաբնույթ սցենարներ: Նշենք, որ ջերմային կոնվեկցիան բնութագրվում է մածուցիկության Աեսլիի հինգ գործակիցներով, առաձգականության երեք գործակիցներով' Ֆրանկի հաստատուններով, ջերմահաղորդականության երկու գործակիցներով և ջեր¬մային ընդարձակման գործակցով: Երրորդ կարևոր առանձնահատկությունը, պայմանավորված է ՀԲ-ների մոլեկուլների կողմնորոշման վրա պատերի և հիդրողինամիկական հոսքերի ազդեցությամբ: Արտաքին ազդակներով ղեկավարվող մի շարք օպտիկական տարրերի' նեղշերտ կառավարվող լուսազտիչների, միկրոռեզոնատորների, բարակ թաղանթային լյումինեսցենտ միջավայրերի, լույսի բևեռացման ղեկավարման տարրերի և այլն, մշակման և ստեղծման համար մեծ հետաքրքրություն են ներկայացնում ոչ միայն ՀԲ-ներն ու ֆոտոնային կառուցվածքները, այլ նաև այն ՀԲ-ները, որոնք պարունակում են տարատեսակ արատներ: В представленной диссертации экспериментально исследованы движения в обогащённых наночастицами изотропных и анизотропных жидкостях индуцированных лазерным излучением. Экспериментально показано, что индуцированный механизмом прямого объёмного расширения гидродинамический поток в гибридноориентированной нематической жидкокристаллической ячейке может вызвать как плавную, так и скачкообразную переориентацию директора жидкого кристалла. Исследовано поведение директора нематического жидкого кристалла для разных структур ячеек с гибридной ориентацией и для разных направлений потока. Экспериментально исследованы индуцированные лазером гидродинамические движения в обогащённых наночастицами изотропных и анизотропных жидкостях со свободной поверхностью, а также воздействие наночастиц на скорость этих движений. Результаты, полученные в диссертации, кроме строго академического интереса, который обусловлен возможностями контролирования оптических свойств жидкого кристалла в гибридноориентированной нематической жидкокристаллической ячейке при воздействии гидродинамического потока, индуцирования и управления скоростями гидродинамических потоков индуцированных лазером в изотропных и анизотропных наножидкостях, также имеют и прикладное значение. В качестве примеров перечислим некоторые из них: полученные результаты могут быть использованы для создания пленок контролирующих поляризацию и пространственное распределение интенсивности лазерного излучения, создания тонкопленочных энергосберегающих устройств управления света, а также создания и усовершенствования сверхчувствительных датчиков изменения температуры и инфракрасного излучения. Основные результаты, полученные в диссертации сводятся к следующему: Впервые экспериментально было показано, что когда индуцированный механизмом прямого объёмного расширения гидродинамический поток направлен изнутри кривизны гибридной ориентации нематической жидкокристаллической ячейки наружу, то наблюдается плавная переориентация директора гибридно ориентированного нематического жидкого кристалла. То есть происходит рост угла наклона директора. Впервые экспериментально было показано, что когда индуцированный механизмом прямого объёмного расширения гидродинамический поток направлен снаружи кривизны гибридной ориентации нематической жидкокристаллической ячейки во внутрь, то наблюдается скачкообразная переориентация директора гибридно ориентированного нематического жидкого кристалла, сопровождающаяся возникновением новой доменной структуры в нематическом жидком кристалле, окраска которой не смотря на существенное отличие от окраски прилежащей к ней области, наделена теми же поляризационными оптическими свойствами, что и соседний домен. Впервые экспериментально было показано, что когда индуцированный механизмом прямого объёмного расширения гидродинамический поток направлен перпендикулярно плоскости сгибания директора нематической жидкокристаллической ячейки, происходит переориентация директора нематического жидкого кристалла, что сопровождается резким изменением коэффициента пропускания интенсивности зондирующего лазера. Было показано, что в некоторых случаях может наблюдаться два скачкообразных изменения значения коэффициента пропускания, что может обозначать, что после первого скачка молекулы вращаются так, что поток бывает направлен во внутрь кривизны гибридной ориентации, который и приводит к изменению углового распределения директора нематического жидкого кристалла в обратное направление. Впервые экспериментально было показано, что с помощью одномодового лазерного пучка с гауссовым распределением интенсивности можно индуцировать и управлять скоростью гидродинамических движений в тонком слое обогащённой наночастицами изотропной жидкости со свободной поверхностью. Было показано, что скорость гидродина¬мического движения тем меньше, чем больше концентрация наночастиц в наножидкостях. Впервые экспериментально было показано, что с помощью одномодового лазерного пучка с гауссовым распределением интенсивности можно индуцировать и управлять скоростью гидродинамических движений в тонком слое обогащённой наночастицами анизотропной жидкости со свободной поверхностью - нематического жидкого кристалла. Было показано, что скорость гидродинамического движения тем меньше, чем больше концентрация наночастиц в наножидкостях. Laser-induced hydrodynamic flows in nanoparticle doped isotropic and anisotropic fluids are studied in the dissertation. It was experimentally shown that hydrodynamic flow induced by direct volume expansion in a hybrid aligned nematic liquid crystal (NLC) cell can cause both smooth and jump-like reorien¬tation of the director of a liquid crystal. The behavior of the director of NLC for different cell structures and different flow directions was studied. Laser-induced hydrodynamic flows in nanoparticle doped isotropic and anisotropic liquids with free surface, as well as the influence of nanoparticles on the velocity of these flows are experimentally studied. The results obtained in the dissertation, in addition to strictly academic interest, which is due to the possibility of controlling the optical properties of liquid crystal in the hybrid aligned nematic liquid crystal cell under the influence of the hydrodynamic flow, induction and controlling of the velocity of laser- induced hydrodynamic flows in isotropic and anisotropic nanofluids, have also applied value. Here are some of them: the obtained results can be used for creating films for controlling the polarization and spatial distribution of the intensity of laser beam, for creating thin-film energy-efficient light control devices, and also for creating and improvement of super-sensitive sensors of temperature change and infrared radiation. The following main results are obtained in the dissertation. For the first time, it was experimentally shown that when the hydrodynamic flow induced in a hybrid aligned NLC cell by direct volume expansion is directed from inside of the curvature of hybrid alignment, a smooth reorientation of NLC director is being observed. That is, the angle of orientation of the director is being increased. For the first time, it was experimentally shown that when a hydrodynamic flow induced in a hybrid aligned NLC cell by direct volume expansion is directed outside of the curvature of hybrid alignment, a jump-like reorientation of NLC director is being observed, which is accompanied by appearance of a new domain structure in the NLC with different coloring from the adjacent area, but with the same polarization optical properties as the neighboring domain. For the first time, it was experimentally shown that when a hydrodynamic flow induced in a hybrid aligned NLC cell by direct volume expansion is directed perpendicular to the bending plane of the director of NLC cell, the director of nematic liquid crystal is being reoriented, which is accompanied by a jump¬like change of the transmission coefficient of probe laser beam intensity. It was shown that in some cases two jump-like change of the transmission coefficient can be observed, which may mean that after first change the molecules rotate so that the flow is directed inside the curvature of the hybrid alignment, which leads to switch of the tilt angle direction of NLC director.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 27 Sep 2019 14:50
      Last Modified: 01 Feb 2020 09:58
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10681

      Actions (login required)

      View Item