Simulations of Colloidal Liquid Crystals

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2016-11-21
Issue Year
2016
Authors
Fischermeier, Ellen
Editor
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-944057-89-7
Abstract

The manipulation of liquid crystals by external potentials, such as electric or magnetic fields, is of great importance in many industrial and research applications. To gain insight into the impact of the different mechanisms in such a complex multi-particle system is a scientific challenge. Interactions between particles and external potential, particle-particle interactions, and, in case of colloidal systems, hydrodynamic interactions lead, in their interplay, to fascinating dynamical states and unusual diffusion behavior. This work presents new insights into the dynamics of colloidal liquid crystals with computer simulations. For this purpose several model systems of increasing complexity are studied. The first model system is the most basic model system possible: a system of hard spherocylinders that only interact via excluded volume. In a next step Brownian motion, the random motion of colloidal particles in a fluid, is included via Langevin Dynamics. Finally, also the impact of hydrodynamic interactions between the particles is studied within a Lattice Boltzmann framework.

Abstract

Die Manipulation von Flüssigkristallen mittels externer Potentiale, in der Form von elektrischen oder magnetischen Feldern, hat große Bedeutung in vielen Industrie- und Forschungsanwendungen. Es ist eine wissenschaftliche Herausforderung den Einfluss der verschiedenen Mechanismen in einem solch komplexen Vielteilchensystem zu verstehen. Die Wechselwirkungen zwischen Teilchen und externen Potentialen, von Teilchen mit anderen Teilchen und, im Falle von Kolloidsystemen, hydrodynamische Wechselwirkungen führen in ihrem Zusammenspiel zu faszinierenden dynamischen Zuständen und außergewöhnlichem Diffusionsverhalten. Diese Arbeit bietet neue Einblicke in die Dynamik kolloidaler Flüssigkristalle durch Computersimulationen. Dabei werden Modellsysteme von zunehmender Komplexität untersucht. Das erste Modellsystem ist das denkbar grundlegendste Modellsystem: ein System harter Sphärozylinder, die nur aufgrund des ausgeschlossenen Volumens miteinander wechselwirken. In einem zweiten Schritt wird das Modell mittels Langevin Dynamik um die Brownsche Bewegung, die ungerichtete Beweging von Kolloidteilchen in einer Flüssigkeit, erweitert. Im letzten Schritt werden innerhalb einer Lattice Boltzmann Simulation zusätzlich die Auswirkungen von hydrodynamischen Wechselwirkungen zwischen den Teilchen untersucht.

Series
FAU Studies Mathematics & Physics
Series Nr.
8
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-944057-88-0
DOI
Faculties & Collections
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