胆甾相液晶可见光布拉格反射实验
刺激响应性胆甾型液晶软光子彩膜
第 38 卷第 8 期2023 年 8 月Vol.38 No.8Aug. 2023液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays刺激响应性胆甾型液晶软光子彩膜许雪敬，高涵，朱吉亮*（河北工业大学理学院，天津 300401）摘要：为实现软光子晶体图案的多重信息加密或存储，本文基于硫醇-丙烯酸酯Michael加成和光聚合反应设计并制备了一种刺激响应性胆甾型液晶（cholesteric liquid crystal， CLC）软光子彩膜。
首先，通过改变反应混合物中手性剂的比重调节初始彩膜结构色；其次，用小分子液晶稀释液晶前聚体；最后，通过紫外光固化对单层软光子彩膜进行交联密度的时间编程，同时借助掩膜曝光技术对其纳米结构进行空间编程。
实验结果表明，虽然在超600 min的反应过程中软光子彩膜的布拉格反射中心波长仅移动了19 nm，但是通过时间-空间双重编程局部修改其变色响应，可使带有隐形图案的软光子薄膜在应力作用下逐渐呈现从红到绿的多彩外观，反射波长覆盖范围超过100 nm。
这种刺激响应性软光子彩膜在光子晶体图案的动态显示、防伪、信息存储等领域具有重要的应用价值。
关键词：刺激响应性；胆甾型液晶；软光子彩膜；Michael加成反应；时间-空间双编程中图分类号：O753+.2；TN27 文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2023-0138Stimuli-responsive cholesteric liquid crystal soft photonic color filmXU Xue-jing，GAO Han，ZHU Ji-liang*（School of Sciences， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China）Abstract： In order to realize multiple information encryption or storage of soft photonic crystal patterns， a stimuli-responsive cholesteric liquid crystal （CLC） soft photonic color film is designed and fabricated based on the thiol-acrylate Michael addition and photopolymerization reaction. First， the initial color of the reaction mixture is adjusted by changing the ratio of the doping chiral agent. Then small molecule liquid crystal is added into the mixture to adjust its viscosity. Finally， the temporal programming of the cross-linking density of the CLC soft photonic color film is carried out by ultraviolet （UV）exposure at different stages of the reaction，and the spatial programming is performed cooperatively with the help of photomasks.The experimental results indicate that the Bragg reflection wavelength of the CLC film only moves 19 nm during the reaction process of over 600 min. However， by locally modifying its color response via spatio-temporally dual-programming， the soft photonic film with invisible patterns can be made to gradually take on a colorful appearance from red to green with stretching， and reflected wavelength coverage over 100 nm. This stimuli-responsive soft photonic color film can be employed for the dynamic display of photonic crystal patterns， and is potentially useful for multiple anti-counterfeiting or information storage.Key words： stimulus responsiveness；cholesteric liquid crystal；soft photonic color film；michael addition reaction； spatio-temporal dual-programming文章编号：1007-2780（2023）08-0997-08收稿日期：2023-04-12；修订日期：2023-04-26.基金项目：河北省自然科学基金（No.F2020202015）Supported by National Science Foundation of Hebei Province（No.F2020202015）*通信联系人，E-mail：jlzhu@第 38 卷液晶与显示1 引言胆甾型液晶软薄膜（cholesteric liquid crystal soft film， CLCSF）是一类集成胆甾相圆偏振结构色和橡胶软弹性于一体的一维光子材料。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展1. 引言1.1 背景介绍选择性反射胆甾相液晶是一种在液晶领域备受关注的新型材料，具有多种潜在应用价值。
胆甾相液晶在不同温度下会呈现出不同的相态，这种特性使其被广泛应用于光学显示器件、智能材料等领域。
随着科技的发展和对新材料需求的增加，对选择性反射胆甾相液晶的研究也愈加引起人们的关注。
胆甾相液晶的研究意义主要体现在其在光学和电子方面的潜在应用价值。
该材料的特殊结构和性能使其具有较高的光学透明性和反射性能，可用于制备高清晰度、高对比度的液晶显示器。
选择性反射胆甾相液晶还具有快速响应、低功耗等优点，有望在可穿戴设备、智能手机等电子产品中得到广泛应用。
选择性反射胆甾相液晶的研究具有重要的科学意义和应用前景，对其特性和性能的深入探究将有助于推动液晶材料领域的发展，并为相关领域的技术创新提供新的思路与可能性。
1.2 研究意义选择性反射胆甾相液晶是一种特殊的液晶相，具有独特的结构和性质。
对其进行深入研究可以揭示液晶相的形成机制，为新型液晶材料的设计和合成提供理论依据。
选择性反射胆甾相液晶还具有广泛的应用前景，可以用于光学显示器件、光电器件、生物传感器等领域。
研究选择性反射胆甾相液晶的意义在于推动液晶科学的发展，促进技术创新和产业升级。
通过对其特性和性能的深入了解，我们可以更好地利用其优异的光学和电学性质，开发出更加高效、稳定和环保的液晶材料，为人类社会的进步做出贡献。
选择性反射胆甾相液晶的研究具有重要的科学意义和应用价值。
2. 正文2.1 选择性反射胆甾相液晶的特点选择性反射胆甾相液晶是一种在液晶领域具有重要应用前景的新型材料。
其主要特点包括：1. 具有优异的热稳定性：选择性反射胆甾相液晶在高温环境下依然能保持稳定的液晶结构，具有良好的热传导性能，适用于高温条件下的显示器件。
2. 具有高度选择性反射性能：选择性反射胆甾相液晶在特定波长的光线入射时能够实现高度选择性的反射，具有良好的抗干扰能力，适用于各种光学传感器和光学设备。
反射式胆甾相液晶显示器件双稳特性的研究
各个领 域 ， 曲 向列 相 液 晶显 示 （ Ｎ Ｌ 扭 Ｔ — ＣＤ）超扭 曲 、 向列相 液 晶显示 （ Ｔ Ｌ Ｄ）薄膜 晶体 管液 晶显示 Ｓ Ｎ— Ｃ ，
胆 甾相液 晶显 示器 件。
反射 式胆 甾相 液 晶显 示器 件是 利用 胆 甾相 液晶
件 无法 比拟 的优 点 ： 采 用零场 双 稳态显 示 ， ① 无需刷
新 ， 且不 需要 背光 源 ， 并 真正 发挥 了液 晶显示微 功耗 的优 点 ｉ 采用 Ｂ ａ ｇ反射 光 显 示 ， ② ｒｇ 易于 实现 彩 色 ，
胆 甾相 液 晶具 有三 种 不 同的 分子 排列 结 构 （ 如 图 １， 种 是 平 面 织 构 态 （ ｌ ａ ｅ ｔ ｒ ， 为 Ｐ ）一 ｐａ ｒ ｘｕｅ）称 ｎ ｔ 态； 第二 种是 焦锥 织构 态 （ ｃ ｌ ｏ ｉ ｔｘｕｅ）称 为 ｆ ａ ｃ ｎｃ ｅ ｔ ｒ ， ｏ
Ｌ ｎ － ｏ 一 Ｖ Ｇｕ － ｉｎ ＨＵ Ｊ ｎ ｔｏ ， Ｕ Ｈｏ ｇ ｂ ，Ｌ ｏ ｑａ ｇ ２ ｕ — ａ ’ ＨＵ Ｙｕ － ｕ’ ， ＥＮＧ — ｉ ｚ ２ ｅ ｈ ｉ Ｆ 一 Ｑｉｂｎ ・ ＧＡＯ ｅ－ ｉｇ ， Ｗ ｉｑ ｎ ’
（．ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｐ ｃａ Ｄｓ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｍｉｉ ｒ ｏ ｄ ｃ ｔ ｎ Ｈ ｆ ｉ ３ ０ ９ １Ｋ ｙｎｓｙ ｆ ｕ ａｉ ， ｅｅ ２ ０ ０ ； Ｓ ｐｙ ｔ Ｅ ｏ
Ｋｅ ａ ｅ ｓ ａ ｂ ａ ｕ ｇ 一ｙｗｏｒ ｓ：ｂｉ获 ｌ 一 ｌｙ；ｐｌｎａｒｔ ｘｔ ｒ ；ｆ ｃａｌｃｏｎｉ ｅｘｔ ｒ ；ｒ ｂｂｉｇ ｌ ｎｍ ｅｎｔ ｄ ｓｔ术 ｄｉ 一 ｅ一 ｅ ｏ ｃｔ ｕ ｅ ｕ ｎ ａｉ 究ｐ 流
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展【摘要】本文介绍了选择性反射胆甾相液晶研究的最新进展。
首先从研究背景入手，介绍了选择性反射胆甾相液晶的基本原理和应用。
接着详细介绍了实验方法，包括样品准备、测试条件等方面的内容。
然后总结了研究的主要结果，指出选择性反射胆甾相液晶具有优异的光学性能和稳定的结构特征。
在讨论部分，对研究结果进行了分析和解释，探讨了其在液晶技术领域的潜在应用价值。
最后展望了未来的研究方向，强调选择性反射胆甾相液晶的研究将为液晶技术的发展提供新的思路和方向。
通过本文的介绍，读者可以了解到选择性反射胆甾相液晶在液晶领域的重要性和潜在应用价值，为相关研究提供了参考和启示。
【关键词】选择性反射胆甾相液晶、研究进展、研究背景、实验方法、研究结果、讨论、展望、液晶技术、发展、新思路、新方向。
1. 引言1.1 选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶是一种新型的液晶材料，具有潜在的应用前景。
近年来，人们对这种液晶的研究进展日益关注。
选择性反射胆甾相液晶在结构上具有独特的反射特性，能够实现在特定波长范围内的反射，因此被广泛应用于光电领域。
研究人员通过不断改进实验方法，提高研究效率，取得了一系列令人瞩目的研究成果。
他们发现，在合适的实验条件下，选择性反射胆甾相液晶具有良好的光电性能，具有高反射率和优异的光学稳定性。
通过对液晶分子结构的分析和模拟，研究人员还揭示了选择性反射胆甾相液晶的内在机制和原理。
未来，随着对这种液晶材料性能的进一步研究和优化，选择性反射胆甾相液晶将在液晶技术领域发挥更大的作用，为液晶显示器和其他光电器件的发展提供新的思路和方向。
2. 正文2.1 研究背景选择性反射胆甾相液晶是一种新型的液晶材料，具有优异的光学性能和结构特点，因此备受研究者们的关注。
胆甾相液晶的存在形式主要是以胆甾分子为基本单元组装而成的液晶相，这种相较于传统液晶相具有更为复杂的结构和性质。
选择性反射胆甾相液晶的研究，可以为液晶技术的发展提供新的突破口，开拓液晶显示和光学器件等领域的应用。
胆甾相与蓝相液晶的布拉格反射和旋光能力研究
胆甾相与蓝相液晶的布拉格反射和旋光能力研究窦虎;于亚楠;马红梅;孙玉宝【摘要】The Bragg reflection and optical rotatory power of cholesteric liquid crystal (ChLC)and blue phase liquid crystal (BPLC)are studied using finite-difference time-domain (FDTD)method. Firstly,the Bragg reflection of ChLC and BPLC is calculated,and the simulation results are discussed from the aspects of lattice structures and molecular arrangement.The effect of refractive index and pitch of liquid crystal on the Bragg reflection is also studied.The light leakage of the ChLC and BPLC sandwiched by the crossed polarizers is calculated,and the similar and different phenomena are ana-lyzed by the optical rotatory power of liquid crystal.%采用时域有限差分法(FDTD)研究了胆甾相液晶与蓝相液晶的旋光能力。
首先计算了圆偏振光在平面态胆甾相液晶与蓝相液晶中的布拉格反射现象，从晶格结构和分子排列的角度对模拟结果做了讨论，研究了液晶折射率和螺距对布拉格反射现象的影响。
其次研究了胆甾相与蓝相液晶夹在两正交偏振片间的漏光情况，用液晶的旋光能力对二者的相似和不同的现象进行了解释。
胆甾相液晶的光学性质
•一、胆甾相液晶的光学性质胆甾相液晶同其他液晶态物质一样，既有液体的流动性、形变性、粘性，又具有晶体光学各向异性，是一种优良的非线性光学材料。
较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构，因此，它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
（1）选择性反射有些胆甾相液晶在白光的照射下，会呈现美丽的色彩。
这是它选择反射某些波长的光的结果。
实验表明，这种反射遵守晶体衍射的布拉格（Bragg）公式。
一级反射光的波长为：λ=2nPsinφ其中：λ为反射波的波长，P为胆甾相液晶的螺距，n为平均折射率，φ为入射波与液晶表面的夹角。
（2）旋光效应在液晶盒中充入向列相液晶，把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度，这样向列相液晶的内部就发生了扭曲，于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。
这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片，并使其偏振方向平行。
在不加电场时，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。
因而光进入检偏振片时，由于偏振光轴相互垂直，光不能通过检偏片，液晶盒不透明，外视场呈暗态，增加外电压，超过某一电压值时，外视场呈亮态，由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。
（3）圆二色性圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。
如果一束入射光照射在液晶盒上，位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去，而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去，这是一个非常罕见的性质，荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说，利用凝胶态液晶（liquid-crystal gels）的圆二色性，可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。
二、胆甾相液晶的电光效应液晶的电光效应很多，由于本文主要研究胆甾相液晶，所以下面仅介绍几种常见的胆甾相电光效应。
（1）退螺旋效应对于介电各向异性>0的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶（chiral nematic liquid crystal，CNLCs）是最近发现的一种相对新型液晶材料，其由胆甾醇分子组成，呈现出螺旋结构，展现出独特的光学性质和自组装行为。
它的研究已经引起了广泛的关注，因为它有着广泛的潜在应用，尤其在显示和光学器件方面。
选择性反射胆甾相液晶最初的研究可以追溯到20世纪70年代后期，当时人们发现，当长链胆甾醇混合物获得连接到螺旋轴的金属离子时，它们形成了类似胆甾相的建筑结构，但衍射图谱与胆甾相不同。
因此，这种相称为“选择性反射胆甾相”。
选择性反射胆甾相液晶材料是由单一手性分子构建起来的，因此具有所谓的手性性质。
它的分子自组装成为具有螺旋结构的菱形柱状分子，其中分子在沿着垂直于分子长轴的方向上具有周期性的分布。
这种周期相当于可见光波长的一半。
这种菱形分子的自组装形成了一个周期性的胆甾相结构，其中分子由一系列直接的和间接相互作用紧密相连。
这种结构是多层的，如果厚度等于几个螺旋周期，则可以通过正弦形式对入射的光进行反射，形成由蓝色到红色的彩虹。
这不同于其它液晶相，例如伊甸园相和胆甾相，它们并没有这种选择性反射的特性。
尽管选择性反射胆甾相液晶材料在其最初的研究中已被描述，但其物理和光学性质的细节还需要进一步研究。
事实上，由于其特殊的结构和光学性质，应用价值尚未充分发挥。
目前的研究重点是通过对其结构和性质的深入理解来改进其性能和扩大其应用范围。
在CNLCs的研究中取得许多进展。
首先，人们正在研究如何利用外部刺激来控制其结构和性质。
例如，一个研究小组已经制造出一种响应于电场或温度变化的材料，甚至可以通过光照来控制其相变。
这种响应是由于其独特的物理特性，当受到外部刺激时，其分子结构发生变化，从而影响其光学性质。
第二，人们正在研究如何利用CNLCs来设计新型的光学设备。
例如，选择性反射的胆甾相材料可以制作可见光LEDs和全固态白光照明系统。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展【摘要】本文主要围绕选择性反射胆甾相液晶展开研究，通过介绍胆甾相液晶的定义和选择性反射胆甾相液晶的重要性，从研究方法、形成机制、与生物医学领域的应用、性质特点到药物传递中的应用进行详细阐述。
结合当前研究现状，探讨了选择性反射胆甾相液晶技术在未来发展方向及潜在应用价值。
该研究有望为药物传递领域提供新的解决方案，并在生物医学领域发挥更大作用。
最终目标是推动这一新技术的广泛应用，为医学领域的进步和发展做出贡献。
【关键词】选择性反射胆甾相液晶、研究进展、生物医学、形成机制、应用、性质、药物传递、未来发展方向、潜在应用价值1. 引言1.1 胆甾相液晶的定义胆甾相液晶是一种特殊的液晶相态，是由胆固醇和胆酸等胆甾化合物组成的。
胆甾相液晶具有高度有序的分子排列结构，表现出类似晶体的性质，同时又具有液晶的流动性。
在胆甾相液晶中，胆固醇和胆酸分子通过氢键、疏水效应等相互作用形成特定的结构，从而呈现出稳定的液晶相态。
胆甾相液晶在生物体内有着重要的生理功能，包括胆固醇的运输、胆汁的排泄等。
胆甾相液晶还被广泛应用于生物医学领域，如药物传递、药物输送等方面。
胆甾相液晶的研究不仅有助于深入了解胆固醇与胆酸之间的相互作用，还有助于开发新的药物传递载体、药物输送系统等。
胆甾相液晶的研究具有重要的理论和应用意义。
1.2 选择性反射胆甾相液晶的重要性选择性反射胆甾相液晶是一种具有特殊结构和性质的液晶相，在生物医学领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。
其重要性主要表现在以下几个方面：选择性反射胆甾相液晶在药物传递和释放方面具有潜在的应用价值。
由于其特殊的结构和性质，选择性反射胆甾相液晶能够载荷和保护药物分子，延长药物在体内的作用时间，提高药物的生物利用度，降低药物的毒性副作用。
利用选择性反射胆甾相液晶作为药物载体具有明显的优势，有望在肿瘤治疗、疾病诊断等领域发挥重要作用。
选择性反射胆甾相液晶在生物医学领域的应用还涉及到生物成像、纳米材料制备等方面。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals, CLCs）是一种特殊的液晶材料，具有独特的光学性质和结构特征。
近年来，随着液晶显示技术的发展和液晶材料研究的深入，对选择性反射胆甾相液晶的研究也得到了越来越多的关注。
本文将对选择性反射胆甾相液晶的研究进展进行综述，并展望未来可能的应用前景。
选择性反射胆甾相液晶是由螺旋状排列的分子组成的，其分子在空间上呈现出螺旋排列的结构。
由于其分子排列具有周期性，因此在可见光范围内会发生布拉格反射现象，从而呈现出独特的反射光学性质。
选择性反射胆甾相液晶具有宽广的反射波长范围和优异的光学性能，因此在光电子学、显示技术、光学传感器等领域具有广阔的应用前景。
在液晶显示技术领域，选择性反射胆甾相液晶由于其特殊的反射光学性质，在全彩色反射式液晶显示（Reflective LCD）和反射式显示技术（Reflective Display）中显示出了巨大的潜力。
选择性反射胆甾相液晶可以利用其自然的反射光学特性，消除传统液晶显示中需要背光源的缺点，可以节能减排，延长显示屏寿命，同时也可以实现更高的对比度和更鲜艳的色彩表现。
除了在液晶显示技术领域，选择性反射胆甾相液晶在光学传感器、光学滤波器、光学调制器等方面也具有广泛的应用前景。
选择性反射胆甾相液晶可以通过改变外界环境的温度、压力、电场等参数来实现其反射波长的调控，从而可以用于温度传感器、压力传感器等物理量测量方面。
选择性反射胆甾相液晶还可以被设计成具有特定波长的光学滤波器，用于光学成像、光学通信等领域。
在光学调制器方面，选择性反射胆甾相液晶也可以实现光学信号的调制和控制，用于激光调制、光学开关等应用。
在选择性反射胆甾相液晶的研究方面，近年来取得了一些重要的进展。
在材料合成方面，研究人员不断优化选择性反射胆甾相液晶的材料设计和结构构建，以提高其稳定性和光学性能。
在制备工艺方面，研究人员通过控制温度、压力等参数，优化选择性反射胆甾相液晶的自组装过程，提高其制备效率和质量。
胆甾相液晶织构光谱特性
胆甾相液晶织构光谱特性王佳菱;杜鑫;吕加;于天池;范志新【摘要】胆甾相液晶具有特殊的光学性质,因此在液晶显示和光电子器件方面有特殊的应用.实验制备出稳定的平面态和焦锥态织构样品,用偏光显微镜观察织构并拍摄了各个织构的照片,用分光光度计测试了不同织构时的透射光谱,发现大晶畴焦锥态样品也有比较好的透光性,这对胆甾相液晶光学性质的进一步研究及应用具有重要的意义.【期刊名称】《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(026)002【总页数】5页(P235-239)【关键词】胆甾相液晶;平面织构;焦锥织构;透射光谱【作者】王佳菱;杜鑫;吕加;于天池;范志新【作者单位】哈尔滨商业大学,基础科学学院,哈尔滨,150028;哈尔滨商业大学,基础科学学院,哈尔滨,150028;哈尔滨商业大学,基础科学学院,哈尔滨,150028;大连交通大学,数理系,辽宁,大连,116028;河北工业大学,应用物理系,天津,300130【正文语种】中文【中图分类】O436胆甾相液晶是向列相液晶的一种特殊形式,现在还常用手性向列相来称呼它.把胆甾相液晶装在液晶盒内,一般说来会呈现平面织构、焦锥织构和场致向列相三种状态的织构[1-5].由于胆甾相液晶特殊的分子结构以及光学的各向异性,决定了它具有晶体的旋光性、偏振光二色性和它本身特有的可见光布拉格选择性反射等性质,因为胆甾相液晶具有特殊的光学性质使其在显示领域和光电子器件方面具有特殊的应用[6].研究胆甾相液晶的织构和光学性质无论是对于液晶物理理论和显示应用都具有一定的基础意义和实用价值.平面织构最容易实现,人们对胆甾相液晶的了解基本上是从对平面织构的研究中认识到的,对焦锥织构的认识是不清楚的,有些结论是联想过来的.这是由于制备大晶畴焦锥织构稳定样品的困难,小晶畴样品散射现象严重掩盖了其他性质,因而对于胆甾相液晶焦锥织构光学性质研究的报道不多.本文制备出了大晶畴焦锥态稳定样品,因此有条件进行胆甾相液晶织构光学性质的实验研究.1 胆甾相液晶织构胆甾相液晶处于哪种织构通常由螺距和边界条件等决定.一般条件下平面织构为稳定状态,施加电场可使液晶盒进入方格栅织构、焦锥织构和场致向列相以及一些瞬态等状态.胆甾相液晶的平面织构是在液晶盒中,螺旋轴方向平均而言垂直于基板表面,而液晶分子的指向矢总是垂直于螺旋轴,平行于基板表面.对于胆甾相液晶的平面织构,当可见光垂直入射到液晶盒表面时,发生选择波长的布拉格反射,反射波长与胆甾相液晶双折射率的平均值和胆甾相液晶的螺距P的关系是:波长带宽为:如果不是垂直入射,入射角和反射角同为θ时,反射波长为在正交偏光场中观察平面态液晶盒呈布拉格反射光的补色.当增加电场时胆甾相可以排列成方格栅织构:胆甾相液晶每一层平面的互相垂直的方向指向矢有周期性.缓慢的小幅度变化的波纹,叠加结果形成方格栅状图案.外电场电压小的UH扰动的结果,使螺旋平面微倾斜.焦锥织构同平面织构一样,也有其固有的扭转螺距,但是在液晶盒中,螺旋轴方向在液晶盒内呈二维(或三维)随机分布,且液晶分子的指向矢方向总是与螺旋轴相垂直.由于在液晶盒中焦锥态总是多畴结构,晶畴又很小,一般仅有微米尺寸大小,光在晶界处因折射率的突变而造成光散射,使得焦锥态液晶盒看上去如同一片“毛玻璃”.在正交偏光场中观察焦锥态液晶盒,呈现一定的双折射干涉着色.偏光显微镜观察,会发现不同螺旋轴方向的液晶晶畴呈现不同的颜色,有非常丰富多彩又奇特的织构图案. 场致向列相只有在液晶盒处在外电场中才能看到,这种状态时没有了扭转,螺旋轴被解旋,而液晶分子的指向矢都垂直于基板表面.在正交偏光场中观察场致向列相液晶盒呈完全黑场.电场引起织构突变的相变电压值,可以根据液晶的弹性形变的连续体理论进行计算,结果如下[5].平面织构到方格栅织构:方格栅织构到焦锥织构焦锥织构到场致向列相其中:k11、k22、k33分别为展曲、扭曲、弯曲弹性常数,d为盒厚,P0为胆甾相液晶固有螺距,Δε为介电常数各向异性值.长螺距的胆甾相液晶在电场作用下容易进入指纹织构,其条状指纹织构是很自然的电控光栅元件,用激光束入射会看到有规律的衍射效应.2 实验部分胆甾相液晶盒的盒厚d=6μm,液晶盒边界条件分2种,一种是采用低预倾角取向材料,以制备平面织构液晶盒;另一种是高预倾角取向材料,以制备焦锥织构液晶盒.灌注向列相液晶加手性剂配置的胆甾相液晶,螺距分别有P=3μm、P=0.44 μm和0.36μm,双折射差Δn=0.15,平面织构时布拉格反射红光波长λ=0.66μm和绿光λ=0.66 μm.样品先经过热处理,放到干燥箱中升温到液晶清亮点温度,之后以不同的降温速度冷却到室温,快速降温得到小晶畴焦锥织构样品和平面织构样品,在比清亮点温度低几度温度下恒温数小时再降温到室温,得到大晶畴焦锥织构样品.用偏光显微镜观察样品的液晶织构,用数码相机拍摄各种织构的照片.用紫外可见光分光光度计测试样品的透射光谱.对几种样品施加电场,观测织构变化过程并测试不同电压下的透射光谱.3 实验结果和讨论图1给出胆甾相液晶平面织构与焦锥织构的偏光显微镜照片.图2给出用分光光度计测试的螺距P=0.44μm的几种胆甾相液晶不同织构的透射光谱.图3给出的是加电场螺距P=0.36μm的胆甾相液晶平面织构向场致向列相转变过程呈现不同织构的透射光谱.图1 胆甾相液晶平面结构与焦锥织构的偏光显微镜照片由于照片是用透射光拍摄的,所以平面织构呈补色颜色.从图1(A)可以看到平面织构晶畴很大,晶界向错线为细线条,起保持盒厚均匀作用的衬垫料小珠子往往是晶界线的起点和终点.从图1(B)可以看到,小晶畴的焦锥织构样品,晶畴尺寸很小,在微米水平.图1(C)表现的是大晶畴的焦锥织构样品,晶畴尺寸在数十到上百微米水平.图1(D)表现的是场致向列相照片,正交偏光场则会看到的是完全暗场.图1(E)表现的是长螺距电致指纹织构样品,不加电场时是平面织构,加电场看到指纹线一条接一条地生成,直到充满整个视场.这种指纹线的宽度等于半个螺距,是直接测试胆甾相液晶螺距的一种方法.继续增加电场会看到指纹线再一条接一条地消失,原地转变为场致向列相,没有螺距随电压增加而变长的现象.图1(F)表现的是大晶畴的焦锥织构样品加电压,原来光滑均匀的织构上出现了随电压变化的条纹.从图2(A)的透射光谱曲线可以看到,平面织构时,由于布拉格反射现象,透射光谱在(0.660±0.035)μm范围出现最低值,表明布拉格选择反射光波长满足关系,反射光波长带宽满足关系Δλ=ΔnP.另外最低值不为零,原因是胆甾相液晶的螺旋结构有左手性和右手性之分,使可见光布拉格选择反射还有左旋光和右旋光之分,只有把左旋光和右旋光都反射掉透射光最低值才会很低.从图2(B)可以看出,小晶畴的焦锥织构样品由于散射严重,透射光谱强度比较弱,但也不是一致的弱,在兰光450 nm波长处却有比较高的透光率,对红光的透光率比较低.图2(C)表明,大晶畴的焦锥织构样品在可见光范围是还比较透明的,这一点与以往人们对焦锥织构光学性质的认识是不同的.在以往的研究报道中提起焦锥织构,认为就是光的散射[2-3].其实大晶畴焦锥织构还具有双折射等光学性质,有待于人们进一步深入研究并加以应用.图2(D)表明,进入完全场致向列相的胆甾相液晶盒样品的透光性已经很好,没有多少散射损失.图2 几种胆甾相液晶不同织构光谱图3 胆甾相液晶平面织构向场致向列相转变过程透射光谱图3(A)表明螺距P=0.36μm的胆甾相液晶平面织构时具有布拉格反射现象,与图2(A)的区别在于反射波长中心位置不同.图3(B)表明,加电场平面织构被破坏,大的平面织构晶畴变成细碎的三维焦锥织构小晶畴,对光的散射很严重,透射光谱强度比较弱.图3(C)表明,继续增加电压焦锥织构晶畴有所长大,变成二维性的焦锥织构,但电场短时间内驱动生成的晶畴仍然不够大,对光的散射现象仍然很严重.在对液晶盒直接观察就能看到一加上电场,原来呈绿色的液晶盒马上变成了“毛玻璃”.图3(D)表明,当外加电场达到场致向列相电压时,液晶盒又变得比较透明,这时的透射光谱强度比较高.4 结语胆甾相液晶具有特殊的光学性质,在液晶显示和光电子器件领域有十分特殊的应用.晶畴焦锥织构样品以光散射为主要特点,大晶畴焦锥织构样品和场致向列相样品却有比较好的透光性.对于研究其电光性质具有重要的意义.参考文献:[1]李昌立,孙晶,蔡红星,等.胆甾相液晶的光学特性[J].液晶与显示,2002,17(3):193-198.[2]杨登科.双稳态螺旋相液晶显示器[J].现代显示,1994(1):17-23.[3]才勇,黄锡珉,马凯.双稳反射式螺旋相液晶显示器[J].液晶与显示,1997,12(3),196-205.[4]产启林.胆甾相液晶在彩色显示技术中的应用[J].现代显示,2004(5):17-22.[5]施善定.液晶与显示应用[M].上海:华东华工学院出版社,1993:119-120.[6]AKSENOVA E V,YU A,VALKOV.LightScattering in Cholesteric Liquid Crystals with a Large Pitch[J].Journal of experimental and theoretical physics,2004,98(1):62-92.。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶（cholesteric liquid crystals，简称ChLCs）是一种由胆甾类化合物组成的相，具有特殊的光学性质。
ChLCs在胆甾相（cholesteric phase）中展示出选择性反射光谱，其颜色能够随温度、外界电场或化学添加剂的改变而调节。
这使得ChLCs具有广泛的应用潜力，并对液晶研究领域产生了广泛的兴趣。
随着近年来液晶研究的不断发展，对ChLCs进行了大量的研究，并取得了一系列重要的进展。
研究人员发现了一种新的ChLCs，即反趋疏水性ChLCs。
这种相具有不寻常的反趋疏水性，可以在水性介质中形成非常稳定的多孔薄膜。
这一发现为ChLCs在水处理、生物传感和微流控领域的应用提供了新的可能性。
通过添加引发剂和交联剂，研究人员成功地制备了可逆可变形的ChLCs材料。
这些材料可以在外界电场作用下实现可逆的形状变化，并能够稳定地保持新的形状，直到下一次的外界电场作用。
这为可调节光学器件、人工肌肉和微纳机械系统的制备提供了新的思路。
通过控制ChLCs的结构和组分，研究人员实现了对其反射光谱的调节。
通过改变胆甾类化合物的结构和浓度，可以精确地控制ChLCs的反射波长和颜色。
这为光学显示器件、光学成像和光传感器的应用提供了新的方法。
研究人员还探索了在ChLCs中引入有机染料的方法。
通过选择合适的有机染料，可以在ChLCs中实现强度和色彩可调的选择性反射。
这为光学降噪材料、光学滤波器和光子晶体的制备提供了新的途径。
布拉格衍射实验报告
布拉格衍射实验报告布拉格衍射实验报告引言：布拉格衍射实验是物理学中一项重要的实验，它通过研究光的衍射现象，揭示了物质的晶体结构和波粒二象性的奥秘。
本报告将介绍布拉格衍射实验的原理、实验装置和实验结果，并探讨其在科学研究和技术应用中的重要性。
一、实验原理布拉格衍射实验基于光的波动性和晶体的周期性结构。
当入射光线照射到晶体表面时，会发生衍射现象，即光波在晶体中发生弯曲和干涉。
根据布拉格定律，入射光线与晶体晶面之间的夹角和入射波长决定了衍射的角度和强度。
二、实验装置布拉格衍射实验需要使用光源、晶体样品和探测器。
光源可以是激光器或单色光源，用于发射单色光线。
晶体样品通常为单晶体或多晶体，具有规则的晶格结构。
探测器用于测量衍射光的强度和角度。
三、实验步骤1. 将光源对准晶体样品，并调整光源和样品之间的距离，使得入射光线垂直照射到样品表面。
2. 调整入射光的波长和晶体样品的角度，以观察到衍射光的出射。
3. 使用探测器测量不同角度下的衍射光强度，并记录下来。
4. 根据测量结果绘制衍射图谱，分析衍射峰的位置和强度。
四、实验结果在实验中，我们使用了激光器作为光源，单晶硅样品作为晶体样品。
通过调整激光器的波长和样品的角度，我们观察到了明显的衍射光。
使用探测器测量了不同角度下的衍射光强度，并绘制了衍射图谱。
衍射图谱显示出了一系列衍射峰，每个峰对应着不同的衍射角度。
根据布拉格定律，我们可以计算出晶格的间距。
通过进一步分析衍射图谱，我们可以获得晶体的结构信息，如晶格常数和晶面的取向。
五、实验意义布拉格衍射实验在科学研究和技术应用中具有重要意义。
首先，它为我们研究物质的晶体结构提供了一种直接的方法。
通过测量衍射图谱，我们可以确定晶体的晶格常数和晶面的取向，从而揭示物质的微观结构。
其次，布拉格衍射实验也在材料科学和纳米技术中得到广泛应用。
通过控制晶体的结构和晶格常数，我们可以改变材料的性质和功能，如调节光学、电子和磁性等特性。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶（cholesteric liquid crystal, CLC）是一种特殊的液晶相，在光学、材料科学、生物医学等领域得到了广泛应用。
CLC不仅具有液晶相常见的光学特性，如取向和偏振等，还表现出选择性反射和色泽等特征。
随着研究的深入，越来越多的研究者开始关注CLC在光电器件中的应用，并通过改变液晶的结构和性质，来实现新的功能和应用。
本文综述了近年来关于选择性反射胆甾相液晶的研究进展。
1. CLC及其基本特性CLC是由有机分子或聚合物等物质构成的一种液晶相，在外界作用下会表现出选择性反射现象。
这种特殊的光学现象是由于CLC中分子排布的螺旋结构所致。
一般而言，当螺旋的周期比可见光波长小，且相邻区域的螺旋方向相反时，就会出现选择性反射现象。
其反射波长λ与螺旋周期p、折射率n和入射角θ之间的关系为：λ = p n cosθ此外，CLC中还有一个重要的参数是极性率。
极性率是指螺旋排列的方向相同时，CLC 表现出的光学特性。
当如层堆积的液晶分子排列方向一致时，CLC的极性率达到最大值，此时的反射峰最强。
2. CLC的制备与改性CLC的制备方法主要包括化学合成法、自组装法和液晶热致转换法等。
其中，化学合成法是一种常用的制备CLC的方法，其可以通过化学反应来合成适合于CLC形成的化合物。
自组装法是一种简单有效的制备CLC的方法，其依靠分子自组装，通过控制温度、浓度等条件来形成CLC相。
液晶热致转换法是一种较新的制备CLC的方法，其通过控制温度和压力，将非CLC相转变成CLC相。
除了制备方法，研究者也对CLC进行了各种改性，以实现更多的功能和应用。
例如，结合自组装法和化学合成法，可以得到金属离子掺杂的CLC，其可以在外界作用下改变反射波长和极性率等。
另外，还可以通过成分调节、温度控制、化合物的侧链设计等方法来改变CLC的特性和性质。
3. CLC在光电器件中的应用随着对CLC研究的深入，越来越多的研究者开始关注CLC在光电器件中的应用。
一种反射式胆甾相液晶显示器研究
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Ｎ ｖ，Ｏ ７ 总第 ８ 期 ｏ． Ｏ， ２ １
收 稿 目期 ：０ ７ ０ — ７ ２ ０ — ７ ２
关 键 词 ： 射 式 ； 甾相 ； 真 反 胆 仿
中图分类 号 ： Ｎ ４ Ｔ １１
文献标 识码 ： Ａ
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胆甾相液晶可见光布拉格反射实验
阮 亮 丁慎训 杨秀珍
(清华大学现代应用物理系，北京 100084)
摘 要 胆甾相液晶可见光反射行为，在某种意义上与晶体粉末样品X光衍射相似，本文主要提供一个巧妙而又直观的布拉格反射实验方法，并测量胆甾相结构周期——螺距与温度的关系，进而揭示胆甾相液晶热色效应的机理.
关键词 胆甾相液晶；布拉格反射
分类号 O 734.2
研究布拉格反射规律通常是使用X射线或微波，本文则提供了一个更直观的实验来达到这一目的.实验用胆甾相的多畴螺旋结构代替晶体粉末样品，由胆甾相螺旋结构的周期——半螺距P/2代替晶体的晶格常数a，用可见光来代替X射线或微波，既可用肉眼观察，又可用实验装置定量的测量.
为了进一步阐明实验原理，有必要对物质中介态——液晶态作一简单介绍.某些具有各向异性的分子(如棒状、板状、盘状)组成的有机化合物可以为液晶，它是一个介于固相和液相之间的中介相，加热过程中液晶有一个固相到液晶相转变的温度T m(熔点)，继而有一个液晶相到各向同性液相的转变温度T c(清亮点——由混浊的液晶相变为清彻透明的液相而得名)，因此，仅在T m～T c温度范围内为液晶相.它具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性，此类液晶属热致液
晶，其结构可分为三大类：近晶型、向列型、胆甾型，分别如图1的(a)、(b)、(c).向列相中长棒状分子的位置是无序的，
图1 液晶的分子排列
但分子取向是有序的，沿某一从优方向取向，此从优方向用一单位矢量n(称为指向矢)来描述，液晶相中n和-n是不可区别的.胆甾相可以认为是螺旋向列相，指向矢n在空间不是恒定的，沿螺旋轴(光轴)螺旋状旋转.胆甾相结构沿光轴呈周期变化，由于n和-n的等价性，所以其重复周期为半螺距P/2.由于其结构的特征，胆甾相光学性质是独特的，指向矢n旋转上千圈/mm；又由于半螺距的典型值约为
3 000，它远大于分子的线度，与可见光波长相当，所以这种周期结构可以产生可见光的布拉格反射.当然，胆甾相螺距由材料本身的组分确定，并随外界温度(电场、磁场等因素)而变化，产生色彩鲜明的布拉格反射谱，形成有趣而实用的胆甾相热色(温度)效应(电光、磁光效应)，较固定晶格常数的晶体具有更丰富、更奇妙的性质.
1 反射模型
早在1933年Oseen［1］确认，光从互相平行的指向矢平面上反射，满足布拉格反射条件，但由于胆甾相沿光轴不同方向的折射率不同，故严格处理很复杂.我们采用Fergason［2］的反射模型：1) 零级近似下，认为胆甾相为具有平均折射率的各向同性介质.2) 一级近似下，我们注意到介质并不严格各向同性，光
学性质受到空间结构周期半螺距的调制，对一般胆甾相～1.5(双折射Δn《)，由可见光布拉格反射实验可以证实其不失普遍性.更为精确的处理方法已被de Vries［3］等指出，要用麦克斯韦方程和折射率张量求解.
图2为胆甾相多畴样品中的布拉格反射，所有的光线都假定在纸面内，并图示了倾斜入射时A畴、B畴典型的几何条件［4］.
设可见光束按入射角φｉ在样品中传播，一直到达A畴或B畴，光线受到布拉格反射，其出射角用表示，布拉格反射前后光束间夹角为2γ，则由图2 A畴和B畴可以得到
布拉格反射条件(取一级谱)
λ=λ0cosγ (4)
其中λ0是γ=0°时的波长，由于胆甾相结构周期为P/2，液晶平均折射率为，则
λ0=2P/2=P，式(4)变为λ=Pcosγ，由此得到相应A畴、B畴的波长为
式(5)即斜入射的布拉格反射条件.当选择胆甾相螺距为～4 000时，不同出射角φｒ处有可见光多彩谱线存在，这就是可见光布拉格选择反射谱.为了获得尽量多的复盖红→紫的鲜明色彩，选择大的倾角φＩ=80°入射是有利的.为了统一起见，定义：出射方向与-x方向夹角αｒ表示出射角，则αｒ(A)=90°+φｒ(A),αｒ(B)=90°-φｒ(B).于是，式(5)统一为
2 实验
图3为测量系统装置简图.选用水银(或氦灯)作光源，用控温装置改变样品温度，用分光计、光电接收器测量谱线强度和位置.
图3 布拉格反射实验测量系统简图
2.1 测量布拉格选择反射谱强度的角分布
图4 布拉格选择反射谱强度角分布Iλ(α)～α
固定大入射角φI=80°，选择5～6个适当的温度值，测量布拉格反射谱强度Iλ(α)，见图4.采用水银灯光源，相应红→紫的可见光谱线为λ=6 234,5 780,5 461,4
358,4 046
2.2 布拉格选择反射波长的角分布λｔ(α)
在图4的Iλ(α)中，用强度峰值对应的谱线波长λｍ和相应的α角作λｔ(α)曲线族，见图5，这就是不同温度条件下，布拉格选择反射波长的角分布曲线族.
图5 布拉格选择反射波长的反射角分布λｔ(α)～α曲线
2.3 布拉格反射波长随温度变化规律(在固定的反射方向观察)
由λｔ(α)～α实验曲线，选择固定的反射方向α角，作布拉格反射波长λa(t)～t 曲线族，如图6所示.由图6可清楚地看出，对着α反射方向观察反射波长颜色随温度的变化，这就是胆甾相液晶温度效应的温度色标.
图6 不同反射角α的布拉格反射波长随温度变化曲线
2.4 测定胆甾相螺距随温度的变化规律
由图5实验曲线族λｔ(α)～α，在不同温度下，由相应的(λ,α)ｔ值，按式(5)计算P(t)，作P(t)～t曲线，这是利用布拉格反射谱反过来测定胆甾相螺距的方法，并揭示：温度引起的布拉格反射谱的种种变化来源于液晶结构螺距的改变，这就是胆甾相液晶热色效应的机理.
3 参考文献
1 Oseen C W. The Theory of Liquid Crystals. Trans Faraday Soc, 1933,29:883
2 Fergason J L. Mol Cryst. Liq Cryst, 1966,1:293
3 de Vries H. Rotatory Power and Other Optical Properties of Certain Liquid Crystals. Acta Crystallorgr, 1951,4:219
4 de Gennes P G. 液晶物理学.1975修订版.孙政民，王新久编译.上海：上海翻译出版公司，1990.289
收稿日期：1997-08-12
AN EXPERIMENT ON THE BRAGG REFLECTION OF LIGHT
FROM A CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL
Ruan Liang Ding Shenxan Yang Xiuzhen
(Department of Physics, Tsinghua University, Beijing, 100084, China) Abstract Light scattering from a cholesteric liquid crystal behaves in a manner analogous to X-ray scattering from solid powder samples. It is provided an experiment on the Bragg reflection of light, the relationship between period of a cholesteric structure-pitch and temperature is measured and the mechanism of themal-colur effect from a cholesteric liquid crystal is revealed.
Key word cholesteric liquid crystal; Bragg reflection。