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J. Phys. France
Volume 38, Numéro 10, octobre 1977
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| Page(s) | 1275 - 1284 | |
| DOI | https://doi.org/10.1051/jphys:0197700380100127500 | |
DOI: 10.1051/jphys:0197700380100127500
Marangoni effect in nematic liquid crystals
W. Urbach1, F. Rondelez1, P. Pieranski2 et F. Rothen21 Physique de la Matière Condensée, Collège de France, 75231 Paris, France
2 Physique des Solides, Bât. 510, Université de Paris Sud, 91405 Orsay, France
Abstract
Streaming due to thermal surface tension gradients - the so-called Marangoni effect in isotropic fluids - has been observed in thin droplets of nematic liquid crystals deposited on a glass substrate. The coupling between the molecular orientation and the hydrodynamic flow induces distortions in the molecular alignment. This results in striking optical patterns which are directly related to the distortion of the molecular alignment at the nematic-air-interface. We also demonstrate that this experiment provides a simple test to determine the anchoring conditions of the molecules at the interface. The hydrodynamic equations have been solved and their solutions proved to be in good agreement with the experimental results. In particular a computer simulation has allowed us to describe completely the director field on the free surface and to reproduce numerically the optical patterns observed under the microscope.
Résumé
On a pu mettre en évidence des écoulements hydrodynamiques induits par variation thermique de la tension superficielle dans des gouttelettes orientées de cristaux liquides nématiques. (Cet effet est connu sous le nom d'effet Marangoni dans les liquides isotropes.) Le couplage entre l'orientation moléculaire et l'écoulement hydrodynamique provoque des distorsions de l'alignement moléculaire. On observe alors des figures optiques très particulières au microscope polarisant. On montre que l'alignement moléculaire à l'interface nématique - air, ainsi que les conditions d'ancrage, peuvent être déduits de ces observations. Les équations hydrodynamiques du système ont été résolues et donnent des prédictions en bon accord avec les résultats expérimentaux. En particulier une simulation sur ordinateur a permis de déterminer l'orientation moléculaire en tout point de la surface libre et de reconstruire les figures optiques observées au microscope.
4735 - Hydrodynamic waves.
6130 - Liquid crystals.
Key words
digital simulation -- drops -- hydrodynamics -- molecular orientation -- nematic liquid crystals -- surface tension