Liquid-crystal networks are a new class of materials. They combine orientational properties of a liquid-crystal fluid and elastic properties of a rubber. The coupling between the two fields leads to unique properties such as shear deformations at no or sufficiently small energy cost and large spontaneous elongations during the isotropic to nematic liquid-crystal phase transition. The conventional network in a rubber, is made of crosslinked polymers which have anisotropic and inhomogeneous microstructure. In this work, we develop a phenomenological theory to describe a liquid-crystal network with a simpler microstructure, defined by a hexagonal lattice. We study how the network field influences the thermodynamic properties of the constituent liquid crystals and in turn how liquid-crystal order influences the network elasticity. We also clarify the phenomenon of soft elasticity in terms of the geometry of a uniaxial hexagonal lattice. In addition, we also study pattern formation exhibited by a liquid-crystal network after a thermal quench from the isotropic phase into the nematic liquid-crystal phase. We also generalized our phenomenological theory to a case where internal orientational degrees of freedom are allowed to pick particular directions. / Les réseaux de crystaux liquides forment une nouvelle classe de matériaux. Ils combinent une orientation propre aux crystaux liquides et les propriétés élastiques des caoutchoucs. L'agencement de ces caractéristiques procure à ces matériaux des modules élastiques trés faibles et un étirement prononcé lors d'une transition de la phase isotropique vers la phase nématique. Un réseau de caoutchouc conventionnel est constitué de polyméres réticulés qui ont une microstructure inhomogène et anisotropique. Dans ce travail, nous développons une théorie phénoménologique qui décrit un réseau de crystaux liquides avec une microstructure simple à symétrie hexagonale. Nous étudions comment la densité du réseau influence les propriétés thermodynamiques des crystaux liquides et comment la symétrie cristalline contrôle l'élasticité du réseau. Nous clarifions ainsi le phénoméne de lélasticité molle lors de la contrainte uniaxiale d'un réseau hexagonal. De plus, nous décrivons l'auto-organisation spatiale présentée par le réseau de crystaux liquides lors d'une trempe qui induit la transition de la phase isotropique vers la phase nématique. Finalement, nous généralisons notre théorie pour inclure des cas où les degrés de liberté d'orientation du réseau peuvent prendre des valeurs particulières.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.21972 |
| Date | January 2008 |
| Creators | Mkhonta, Simiso |
| Contributors | Martin Grant (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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