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Título: Ancoragem e geometria de gotas sésseis de cristais líquidos: uma análise por simulação
Título(s) alternativo(s): Anchoring and geometry of sessile liquid crystal droplets: a simulation analysis
Autor(es): Yoshida, Edson Mikio
Orientador(es): Zola, Rafael Soares
Palavras-chave: Simulação (Computadores)
Óptica de cristais
Cristais líquidos
Computer simulation
Crystal optics
Liquid crystals
Data do documento: 18-Dez-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: YOSHIDA, Edson Mikio. Ancoragem e geometria de gotas sésseis de cristais líquidos: uma análise por simulação. 2025. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2026.
Resumo: Gotas sésseis de cristais líquidos (CLs) exibem estruturas complexas ditadas pela interação entre elasticidade, ancoragem superficial e quiralidade intrínseca. No entanto, compreender a influência combinada da geometria da gota (ângulo de contato, θ), das condições de ancoragem interfacial e da quiralidade do CLs permanece um desafio. Investigamos, via simulações computacionais baseadas na teoria de Landau-de Gennes (Marlics), a estrutura de equilíbrio e a energia de gotas sésseis de CLs nemático e colestérico sobre substratos. Variamos sistematicamente θ e seis combinações de ancoragem (homeotrópica/planares). A investigação revela que a compatibilidade da ancoragem domina a estabilidade energética: configurações planares simétricas apresentam baixa energia, contrastando com a alta frustração e energia da ancoragem homeotrópica simétrica. Ancoragens mistas resultam em energias intermediárias, frequentemente não-monotônicas com θ. Os resultados mostraram que o ângulo de contato modula criticamente a competição energética e induz transições estruturais significativas, mapeando o comportamento energético e estrutural de CLs confinados. Esses resultados estabelecem um modelo físico conceitual do comportamento energético do sistema, no qual a geometria e a ancoragem podem ser ajustados para gerar estruturas topológicas específicas, com aplicações em microdispositivos ópticos e sensores.
Abstract: Sessile liquid crystal droplets (CLs) exhibit complex structures dictated by the interplay between elasticity, surface anchorage, and intrinsic chirality. However, understanding the combined influence of drop geometry (contact angle, 𝜃𝜃), interfacial anchorage conditions, and chirality of CLs remains a challenge. We investigated, via computer simulations based on the Landau-de Gennes theory (Marlics), the equilibrium structure and energy of nematic and cholesteric CL sessile droplets on substrates. We systematically varied both θ and six anchorage combinations (homeotropic/planar). The analysis reveals that anchoring compatibility dominates energy stability: symmetrical planar configurations exhibit low energy, contrasting with the high frustration and energy of symmetrical homeotropic anchoring. Mixed anchorages result in intermediate, often non-monotonic energies with θ. The results showed that the contact angle critically modulates the energy competition and induces significant structural transitions, mapping the energetic and structural behavior of confined LCs. These results establish a conceptual physical model of the system's energetic behavior, in which geometry and anchoring can be adjusted to generate specific topological structures, with applications in optical microdevices and sensors.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39611
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