受限液体的近壁面流变特性 与分子级微结构变化

在微纳米器件的润滑与微流体流动中，液体介质往往以薄膜或受限形式存在。研究液体在近壁面处的分子级微结构变化及其流变性质不仅对揭示近壁面液体的性质和机理有重要的意义，而且对微纳米润滑与微流体具有广泛的应用价值。 本书采用石英晶体微天平（QCM）作为主要实验仪器并研制了用于QCM 测试的纳米受限样品池。此样品池可以将受限液体膜厚精确控制在80nm-900nm，实现了液体在纳米受限状态下的剪切流变特性的测量。 作者选取了三种典型的液体作为主要研究对象。采用外加电场的旋转流变仪研究了它们各自体相及电场下的流变性质并利用QCM 研究了它们在半受限及纳米受限状态下的剪切响应。结果表明，5CB 液晶分子相干长度远大于其他两种液体的特点决定了其在QCM 响应中主要由近壁面性质占主导。 在此基础上，利用纳米受限样品池测量了膜厚对5CB 液晶等效粘度的影响，提出了其分子在近壁面的三明治模型。通过不同的壁面分子排列诱导方式控制了5CB液晶在壁面上的分子级微结构，建立了受限5CB液晶分子取向方式与其等效粘度的定量化模型。这为通过控制近壁面分子级微结构而控制液体等效粘度或流动阻力提供了基础。 作者还研究了5CB 液晶在电场作用下的体相及近壁面层流变性质，从分子结构角度提出液晶分子在电场下响应的模型对其变化规律进行分析与揭示。 最后，针对受限5CB 液晶的边界润滑问题进行了应用研究，探讨了5CB 液晶作为润滑剂或添加剂的润滑机理，并研究了利用外电场控制液晶边界摩擦行为的方法，取得了良好的效果。