Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта впервые математически описали, как направление нагрева влияет на микроскопические потоки в жидких кристаллах — веществах, сочетающих свойства жидкостей и твердых тел. Работа опубликована в журнале Crystals и открывает новые возможности в проектировании микрофлюидных устройств, таких как системы адресной доставки лекарств и медицинские сенсоры.
Жидкие кристаллы активно используются в дисплеях и температурных индикаторах, однако их поведение в условиях микроканалов остается малоизученным. Управлять потоками вещества в таких каналах традиционно пытаются с помощью электрических полей, но это может повредить биологические материалы. Более щадящей альтернативой являются температурные градиенты — плавные перепады температуры, способные вызывать движение молекул.
В новой работе международная группа исследователей из Калининграда, Санкт-Петербурга и польского города Познань провела численное моделирование жидкого кристалла толщиной 10 микрометров, зажатого между двумя поверхностями. Результаты показали, что направление нагрева критически влияет на поведение вещества: при нагреве верхней грани поток формируется вдоль нижней поверхности, а при нагреве снизу движение возникает ближе к центру слоя — и проходит медленнее.
Кроме того, исследование выявило ключевую роль сжимаемости жидкого кристалла — его способности менять плотность под воздействием температуры. В отличие от традиционных жидкостей, жидкие кристаллы формируют сложные трехмерные течения, которые необходимо учитывать при проектировании устройств, требующих высокой точности перемещения вещества.
Следующим этапом станут эксперименты и создание прототипов устройств, способных использовать описанные эффекты на практике. Такие разработки могут найти применение в медицине, материаловедении и электронике, включая создание новых поколений биосенсоров и адаптивных материалов.
Источник: Минобрнауки РФ
