液晶分子取向仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
液晶分子取向仿真的實例教程
塑料分子取向性是受外力的作用，高分子鏈被拉直拉長，同時球晶體也被拉長。分子取向是在外力作用下的一種形變，分子的形變能提高其拉伸強度和沖擊強度。
但在取向垂直方向上其拉伸強度有所下降，沖擊強度也有所降低，所以說分子取向有方向性。塑料加工在高彈態時易控制分子取向性，在粘流態時不可控制分子取向性。
擠出成型是塑料在高彈態下加工，可控制拉伸倍數、牽引力和速度，如塑料絲、膜、管、片和板等制品。
注射成型是塑料在粘流態下加工，分子取向無序，受力的大小不同，凍結速度不一樣，造成制品各處的內應力大小不同，發生變形翹曲。所以注射成型加工不希望有較大的凍結分子取向性。
1. 分子取向性與溫度關系：
注塑成型分子取向是在溫度和壓力作用下的凍結取向。當模具打開時，模具內的型腔壓力全部消失，但制品一般不可能冷卻到常溫，等制品在模外冷卻到常溫這段時間，制品中的分子產生解取向，取向程度就下降。
所以分子取向性與溫度變化有關，當塑料熔體溫度提高，模具溫度升高，制品壁厚增厚，冷卻時間縮短，分子取向性下降，反之增大。在注射成型過程中分子有在等溫下流動取向和非等溫下流動取向。
在等溫下分子流動取向的力和量是一樣的，但在非等溫分子流動取向力和量均不一致，易引起內應力的不一致，造成制品變形等質量問題。
2. 分子取向與壓力速度關系：
塑料分子取向因受力的形式和作用性質不同，可分為剪切應力分子取向，即流動取向和受牽引作用的拉伸取向。流動分子取向有單軸或雙軸取向，并沿著流動方向有序排列。分子取向是與作用力成正比。
注塑成型分子取向性是將熔融塑料在注射壓力的作用下，射入模具型腔，并在注射和保壓壓力的繼續作用下凍結，分子取向性大小與凍結時的壓力成正比。
3.
展開 注射成型時塑料分子的取向，你知道嗎？
液晶彈性體(LCE)具有可逆驅動行為，拓展了工程設備的功能可設計性，適用于許多應用，包括醫療、能量收集和軟機器人等。LCE 驅動的先決條件在于液晶基元排列,可以通過機械拉伸、表面錨定和外場誘導取向來實現。然而，它們的運動復雜性依賴于不靈活、較繁瑣的液晶基元排列技術。因此，如何制備取向流程簡單、形狀復雜度高的液晶彈性體需要進一步研究。
該團隊采取了一種數字光固化方法，超快速制造LCE（無模板），并進行復雜的驅動行為的設計。該方法采用商用投影儀進行數字光固化處理（圖1b）,利用沿厚度方向的光衰減現象形成梯度固化。正面具有最高的交聯密度和最低的未反應單體含量，背面則相反。當未反應的單體揮發時，整個厚度方向的區別化脫除程度使得固化后的平面膜轉化為三維幾何形狀（圖1c中間略微卷曲的“花”）。同時，液晶基元自發進行取向，最終得到具有復雜三維結構的取向的液晶彈性體，繼而能夠產生可逆的彎曲變形。
圖1 液晶彈性體的數字化制備 (a) 前驅體單體化學結構。(b) 數字光固化示意圖。(c) 液晶基元排列和可逆驅動的機理圖。
為了設計更穩定的可逆形變行為，利用數字光固化的時空參數可控的特性在同一樣品中復合兩個曝光時間的方法實現了基礎模塊的構筑。
借鑒肌肉的運動原理，即通過多個肌肉束的簡單收縮/擴張的協同作用來實現不同的運動的機理，利用數字光來自由設計由多個模塊（簡單彎曲變形）組成并協同作用的LCE模塊集成（圖2）。
圖2 設計模塊集成的LCE。
展開 近日，復旦大學丁建東教授課題組的研究揭示了單軸周期性拉伸的彈性高分子表面的細胞取向存在臨界響應頻率和臨界拉伸速率，并結合高分子鏈松弛理論為該臨界現象提供了合理闡釋。
利用光刻技術、軟蝕刻技術和有限元分析方法，丁建東教授課題組設計和制備了適用于細胞力學拉伸研究的雙層聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控裝置。該裝置的工作原理為：當芯片側腔抽真空時，其體積減小，導致中間流體通道的薄膜發生拉伸，進而對黏附于薄膜上的細胞施加周期性拉伸作用。通過將PDMS微流控芯片與活細胞工作站、外源智能化真空泵聯用，同時實現了細胞實時觀察、細胞培養和細胞拉伸三大功能。
圖1 利用雙層PDMS微流控裝置探究拉伸頻率對彈性高分子薄膜表面細胞行為的影響
丁建東教授課題組以此PDMS微流控芯片為研究平臺，驗證了細胞在合適條件下有垂直于拉伸方向取向的特性。
圖2 周期性拉伸下的細胞取向
作者還借助源于建筑學中的張拉整體結構模型（tensegrity model）對材料表面的細胞處于周期性單軸拉伸時取向和能量之間的關系及其時間依賴性進行了推演。理論計算不僅得出了垂直取向的結論，而且對細胞取向有序度隨時間的演化也給出了與實驗一致的動力學趨勢。這是為數不多的可對粗粒化的細胞模型進行處理、且給出解析解的理論工作。
隨后系統探究了人骨髓間充質干細胞（hMSC）在不同拉伸頻率和幅度的循環拉伸作用下的細胞取向。在證實細胞取向存在臨界拉伸幅度的同時，發現細胞取向具有臨界響應頻率（fc），且fc的值具有幅度依賴性，對于低幅度拉伸而言，需要更高的拉伸頻率方能誘使細胞取向現象發生。
展開 迄今為止，已有相關文獻報道液晶小分子（LCSM）作為第三組分在調控活性層形貌方面的獨特優勢。BTR及其衍生物是目前使用最多的LCSMs，但這類分子具有非常高的液晶相轉變溫度，該溫度遠高于活性層薄膜的熱退火溫度，也就是說，當前基于這類LCSMs的三元有機太陽能電池（TOSCs）的研究低于其液晶相轉變溫度，并且分子本身的能級、混溶性等因素，在一定程度上也可能會對薄膜形貌產生影響，因此無法準確判斷LCSM自組裝特性對活性層形貌的調控作用，LCSM在TOSC內部的工作機制尚未得到系統和深入的研究。此外，這些LCSMs具有相對復雜的分子結構和繁瑣的合成步驟，嚴重限制了它們的廣泛應用。
針對上述問題，江西師范大學/南昌大學陳義旺教授、廖勛凡特聘教授團隊以低液晶相轉變溫度（112.8℃）的液晶小分子DFBT-TT6作為第三組分，基于高效的非富勒烯體系PM6:Y6構建TOSC。為了揭示液晶分子 DFBT-TT6對TOSC性能的影響并同時消除分子結構等其他因素的干擾，進一步合成了具有低玻璃化轉變溫度、結構相似的非液晶分子 DFBT-DT6作為對比。有趣的是，通過添加DFBT-TT6來微調PM6:Y6共混物的結晶度和相分離，在液晶相變溫度下退火，僅用3 wt％的DFBT-TT6即可調控薄膜形貌達到最佳狀態。實驗結果表明，DFBT-TT6可以增強PM6和Y6的結晶度，增加相分離并減小π–π堆積距離，從而在PM6:Y6:DFBT-TT6器件中實現超快的激子解離和更高的電荷收集效率。此外，DFBT-TT6與PM6和Y6都顯示出較好的相容性，傾向位于PM6和Y6的界面上，這有利于電荷的轉移。
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TechWiz Polar是TechWiz LCD 1D的一個可選模塊
TechWiz Polar根據各層的相位延遲對偏振狀態進行優化設計和分析。從需要了解偏振光的用戶到顯示行業的專業人士，使用這款軟件都能有很大的幫助
1. 堆棧結構
堆棧層及層信息
2. 創建材料
在TechWiz DB中創建1/4波片
3. 結構創建
1.1創建一個新的項目文件
對于IPS、FFS等結構來說，其像素電極和公共電極在同一平面，因此不能用TechWiz LCD 1D軟件來仿真，需要至少能進行2維模擬的軟件，本案例使用TechWiz LCD 2D來模擬一下單疇IPS結構。
1. 建模任務
1.1 模擬條件
模擬區域：0~10um
邊界條件：Periodic
偏移角度：0°
單位長度：0.5um
1.2堆棧結構
2. 建模過程
1. 建模任務
堆棧結構
2. 建模過程
2.1使用TechWiz Layout繪制各層掩模版平面圖
2.2創建堆棧結構，并生成3D結構
2.3 使用TechWiz LCD 3D進行各項參數計算
3. 結果分析
3.1 LC分析
液晶指向矢分布（Voltage=7v）
二維截面提取
3.2光學分析
透過率圖
1. 建模任務
堆棧結構
2. 建模過程
2.1使用TechWiz Layout繪制各層掩模版平面圖
2.2創建堆棧結構，并生成3D結構
2.3 使用TechWiz LCD 3D進行各項參數計算
3. 結果分析
3.1 LC分析
液晶指向矢分布（*.dat文件）
二維截面提取
3.2光學分析
透過率圖（5.5v
Mura是什么？簡單來說mura是指顯示器亮度不均勻，造成各種痕跡的現象。Mura產生的主要原因就是視覺上對于感受到的光源有不同的頻率響應而感受到顏色的差異。造成mura現象的原因有很多種，本案例使用TechWiz LCD 1D仿真一種彩虹紋，在常規四疇VA結構下加入高延遲膜后，模擬其彩虹mura的現象。
1. 建模任務
1.1堆棧結構
2. 建模過程
2.1創建材料
1. 建模任務
1.1 模擬條件
模擬區域：0~10
邊界條件：Periodic
偏移角度：12°（Domain A），-12°（Domain B）
單位長度：0.5
1.2堆棧結構
2. 建模過程
2.1設置模擬條件
2.2創建堆棧結構，修改各層參數
2.3創建掩膜并生成多疇結構
3. 結果分析
3.1 指向矢分布和透過率
最簡單的減反射膜結構是單層減反射膜，其主要是針對特定波長的減反射，主要原理是光波的干涉相消/相長。對于單層減反射膜來說，理想厚度為1/4入射光波長。在本例中，假設了一個折射率為1.5的基板，并且空氣折射率為1
1. 建模任務
1.1基本結構
2. 建模過程
2.1創建材料（TechWiz DB）
2.2創建堆棧結構（TechWiz LCD 1D）
3.查看結果
在實際的摩擦過程中，液晶分子并不是按照摩擦方向均勻排布的，此軟件的微擾法選項（Perturbation Method）允許液晶分子以類似于實際摩擦過程的方式移動，當使用了微擾方式時，液晶分子在表面取向中指定的摩擦角度相關的隨機方向進行布。
1. 建模任務
1.1堆棧結構
2. 建模過程
以下是建模過程中部分重要步驟的說明
2.1在TechWiz Layout中創建結構（生成項目和
在實際的摩擦過程中，液晶分子并不是按照摩擦方向均勻排布的，此軟件的微擾法選項（Perturbation Method）允許液晶分子以類似于實際摩擦過程的方式移動，當使用了微擾方式時，液晶分子在表面取向中指定的摩擦角度相關的隨機方向進行布。
1. 建模任務
1.1堆棧結構
2. 建模過程
以下是建模過程中部分重要步驟的說明
2.1在TechWiz Layout中創建結構（生成項目和
晶體塑性有限元仿真入門(5)—歐拉角與晶體取向.pdf
晶體塑性有限元仿真入門(5)—歐拉角與晶體取向
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晶體取向是材料學科中的重要分支，當晶粒發生擇優取向時，則導致材料性能（力學，物理和化學性能）的各向異性。各向異性會造成材料實際應用中的各種問題，如鋁合金典型的制耳現象，再如取向硅鋼中存在Goss織構時，有利于其磁學性能
