Gastvortrag von Prof. Sanjay Govindjee

Prof. Sanjay Govindjee von der University of California (Berkeley, CA, USA), Fakultät Bau- und Umweltingenieurwesen war zu Gast am Institut für Statik und Dynamik der Tragwerke der TU Dresden.

Sein Vortrag war zum Thema "Physics and Models for Liquid Crystal Elastomers".

Abstrakt:

Flüssigkristall-Elastomere (LCEs) sind eine faszinierende Materialklasse, die sowohl weiches und halbweiches elastisches Verhalten als auch ein etwas weniger erforschtes viskoelastisches Verhalten aufweisen. Diese Materialien bestehen aus Flüssigkristallmolekülen und Polymerisationsmitteln, die einen Feststoff bilden, der sich wie ein Elastomer, aber auch wie ein Flüssigkristall verhält. Das Zusammenspiel dieser beiden Eigenschaften führt zu einer Vielzahl komplexer makroskopisch beobachtbarer Phänomene, darunter beispielsweise optische Ansteuerung, extreme Weichheit, Musterbildung und hohe Dämpfung, um nur einige zu nennen.

In diesem Vortrag werde ich eine allgemeine Einführung in die Physik dieser einzigartigen Materialien sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene geben. Dies wird zu Einblicken in die seit langem etablierten Modelle führen, die zum Verständnis ihres elastischen Verhaltens verwendet werden. Dabei werden auch Modelle berücksichtigt, die zeitabhängiges (d. h. viskoelastisches) Verhalten erklären können – ein Aspekt, der in der Literatur noch wenig erforscht ist – sowie rechnerische Überlegungen.

Der Schwerpunkt liegt auf Mono-Domänen-Flüssigkristall-Elastomeren, die sowohl eine viskose Director-Reaktion als auch eine viskoelastische Elastomer-Netzwerk-Reaktion aufweisen. Der Modellierungsrahmen wird auf der Kontinuumsskala aufgebaut, wobei die formalen Prinzipien der Invarianz der aufgewendeten Energie verwendet werden, um maßgebliche Gleichgewichtsgesetze zu entwickeln, die Lasten berücksichtigen, die direkt auf Kontinuumsebene eine Verdrehung bewirken können. Dieser Ansatz wird mit Argumenten zur Dissipation der freien Energie kombiniert, um die konstitutiven Beziehungen auf der Grundlage hypothetischer funktionaler Abhängigkeiten der freien Energiefunktion zu beschränken. Der daraus resultierende mathematische Rahmen liefert natürliche und intuitive Evolutionsgesetze für die viskose Kinematik. Die Nützlichkeit des Modells wird durch Vergleiche mit experimentellen Daten demonstriert, wobei sowohl seine Stärken als auch die für technische Anwendungen von LCEs relevanten warnenden Erkenntnisse hervorgehoben werden.

Wir danken Prof. Govindjee und allen Teilnehmenden!