Nematska ureditev je lastnost nekaterih kompleksnih tekočin, ki se izrazi z orientacijskim redom pasivnih ali aktivnih gradnikov. V doktorski disertaciji predstavim rezultate svojih znanstvenih raziskav mikrofluidnih struktur pasivnih in aktivnih nematskih tekočin, za katere so značilni specifični geometrijski in pogosto tudi topološko zaščiteni profili relevantnih materialnih polj --- na primer orientacijskega polja ter hitrostnega polja. Rezultati so numerični in analitični, pri čemer je bil osrednji metodološki pristop mezoskopsko kontinuumsko modeliranje nematodinamike na osnovi tenzorskega ureditvenega parametra ter hibridne mrežne Boltzmannove metode. Tak pristop polno upošteva sklopitev med orientacijskim redom ter materialnim tokom, ki močno vpliva na raziskovane strukture. Strukturne lastnosti toka ter orientacijske ureditve so kontrolirane preko zunanjih polj (na primer električnega polja, optičnih žarkov, tlačnega polja), ograditve ter aktivnosti materiala.
V stikih mikrokanalov sem pokazal lastnosti efektivne interakcije med topološkimi defekti v orientacijskem ter hitrostnem polju tekočega nematika. Problem sem nadalje raziskoval v poroznih omrežjih cilindričnih kanalov, kjer sem pokazal raznovrstne stacionarne strukture ter procese dinamičnih prehodov med temi strukturami. V enem samem mikrokanalu sem teoretično opisal uporabo hitrostnega polja za kontrolo rasti ali anihilacije strukturnih domen. Pokazal sem tudi obstoj zvojne nestabilnosti v nematskih mikrokanalih.
V nematskih celicah z vzorci sidranja sem preučeval stabilnost skyrmionskih struktur glede na elastične lastnosti nematika. V disertaciji predlagam način gnanja tokovnih profilov v ograjenih nematskih geometrijah, ki je osnovan na zunanjih električnih in optičnih poljih, ki preko deformacije orientacijskega reda ženejo materialni tok.
V doktoratu sem preučeval tudi proces formacije strukture med nenadnim faznim prehodom nematskega tekočega kristala. Zadnji predmet raziskovanja pa so nematske tekočine, gnane preko stika z aktivnimi materiali ali preko lastne aktivnosti. Primer takšne sklopitve je izpeljava analitičnega približka za hitrostno polje nematika okoli mikroplavalca. Preučeval sem strukturne lastnosti ograjenih in neograjenih tridimenzionalnih (3D) aktivnih nematikov v različnih režimih aktivnosti. V emulziji aktivnih nematskih kapljic v pasivnem nematiku sem identificiral osnovne načine sklopljene dinamike defektov. Če povzamem: osrednji cilj disertacije sta bila razumevanje in razvoj novih lastnosti ter funkcionalnosti neravnovesnih struktur v mehki snovi preko vpliva na elementarno strukturno organiziranost.
|
