Doktorska disertacija zajema teoretično študijo treh primerov zloma simetrije v aplikativne namene. Osredotočimo se na možne aplikacije v sistemu tekočih kristalov, ki združujejo unikatno kombinacijo optične anizotropije, delnega značaja tekočine in "mehkobe". Slednja opisuje možnost relativno močnega makroskopskega odziva na sorazmerno majhne motnje. Kot prvo obravnavamo uporabo fazno spremenljivih materialov v gradbenih kompozitih. Z numeričnimi simulacijami pokažemo, da s fazno spremenljivimi materiali lahko zagotovimo manjša temperaturna nihanja v prostoru in tako izboljšamo toplotno stabilnost prostora, pri čemer ima ključni pomen ustrezno izbrana temperatura faznega prehoda. Nadalje predstavimo dve možni izboljšavi. Prva izboljšava je kombinacija dveh fazno spremenljivih materialov, ki preideta fazni prehod pri različnih temperaturah, kar podaljša časovno konstantno toplotne stabilizacije. Pri drugi izboljšavi manipuliramo temperaturo faznega prehoda z zunanjimi perturbacijami. Na sistemu tekočih kristalov ograjenih v celico analitično prikažemo odvisnost temperature faznega prehoda od karakteristične razdalje celice, na katero lahko vplivamo z zunanjimi perturbacijami kot je na primer zunanje električno polje. S predlaganima izboljšavama razširimo območje optimalnega delovanja kompozita s fazno spremenljivimi materiali. Druga aplikacija zloma simetrije je elektrokalorični pojav, ki ga podrobneje preučimo na sistemu tekočih kristalov v bližini faznih prehodov in v bližini kritične točke z dodajanjem nanodelcev. Za teoretično obravnavo elektrokaloričnega pojava uporabimo Landau-de Gennes-Ginzburgov model na mezoskopski skali. Rezultati numeričnih simulacij razkrivajo, da se s približevanjem temperaturi faznega prehoda iz izotropne v ne matsko fazo elektrokalorični odziv sistema veča kot posledica večje spremembe v orientacijski entropiji sistema. Analitično in numerično dokažemo, da lahko elektrokalorični odziv povečamo z direktnim faznim prehodom med izotropno in smektično A fazo. V slednji smektična urejenost efektivno deluje kot zunanje električno polje, kar posledično lahko vodi v ojačenje elektrokaloričnega odziva. Jakost odziva je močno odvisna od jakosti nezveznega prehoda med tekmujočima fazama. Fazno obnašanje v preučevanih sistemih kontroliramo z jakostjo sklopitve med orientacijskim in translacijskim redom. Za vrednosti nad kritično dosežemo direktni fazni prehod 1. reda iz izotropne v smektično A fazo, ki rezultira v povečanju elektrokaloričnega odziva sistema. Predstavimo tudi hladilni sistem in aktivni regenerator, ki delujeta na principu elektrokaloričnega pojava v tekočih kristalih, s čimer dosežemo večje razmerje med hladilno močjo in maso hladilnega sistema. Pri analizi elektrokaloričnega pojava v bližini kritične točke v sistem tekočih kristalov naključno porazdelimo različno koncentracijo nanodelcev. Sistem obravnavamo na semi- mikroskopski skali z Lebwohl Lasherjevim mrežnim modelom. Ugotovimo, da prisotnost nanodelcev ne prispeva k povečanju elektrokaloričnega odziva. Razlog je zmanjševanje možne električno povzročene spremembe orientacijske entropije, kar prevlada nad mehanizmom večjega odziva v bližini kritične točke. Kot tretjo aplikacijo zloma simetrije obravnavamo možnost detekcije nanodelcev. Prisotnost nanodelcev v celici tekočega kristala v ne matski fazi povzroči frustracijo, ki se odraža v lokalno dvoosni urejenosti sistema. Posledično s spreminjanjem zunanjih pogojev kot so zunanje električno polje, temperatura in pozicija nanodelca, dobimo kvalitativno različne konfiguracije, kar lahko uporabimo za detekcijo nanodelcev. Rezultati doktorske disertacije prispevajo k boljšemu razumevanju obnašanja sistema tekočih kristalov v bližini faznih prehodov pod vplivom zunanjih dejavnikov.

Pravice