基于甲基红掺杂的胆甾相液晶指纹织构光取向研究

发布时间：2020-05-05 00:09

【摘要】：胆甾相液晶由于其自发形成的空间螺旋微结构,具有独特的一维手性光子晶体结构,在电/磁/光/热场的调制下,其分子结构会产生相应变化,从而表现出独特的光学响应特性,被广泛应用于液晶激光器、反射膜、掩膜版、液晶光栅等领域。同时,液晶取向技术一直以来都是提升液晶器件性能的关键,由于液晶分子的长程有序性质,通过对局部范围内的液晶分子进行取向,可以诱导整体液晶分子产生定向排列,从而使液晶材料产生特定的诸如折射率、介电常数、弹性系数、旋转粘度等物理各向异性。近年来,光取向已逐渐成为主流的液晶取向技术,相较于传统的摩擦取向技术,光取向技术由于其非接触式的取向特性,不仅能够有效地避免因摩擦接触所带来的灰尘颗粒与静电电荷的污染,而且能够在弯曲甚至柔性的基底上对液晶分子实现高分辨率的多畴取向。本文通过非对称取向方式实现了基于甲基红掺杂的胆甾相液晶指纹织构可预期、可擦写的光取向,并对取向后的织构的演化形态和电光特性进行了深入的分析和表征。论文的研究内容主要包含以下两部分:1)利用线偏振光对掺杂甲基红的胆甾相液晶盒子进行曝光,入射偏振光激发甲基红分子产生顺反异构、吸附及解吸附反应,从而诱导表层液晶分子的定向排列,进而决定了胆甾相液晶螺旋结构的初始状态。通过外加电场的调制,可获得相应的指纹织构光栅。改变入射光的偏振方向,调节盒厚与螺距的比值,可精确控制指纹织构光栅的方向。在此基础上,分别利用两束正交的线偏振光和两束正交的圆偏振光对样品进行光取向,得到了随电压动态变化的胆甾相液晶超结构。此外,对甲基红的配向模型进行了理论分析,实验结果与理论模型完全符合。2)利用甲基红的取向特性和可擦写特性,实现了指纹织构光栅的二维几何图案化。光栅矢量的方向可通过调节入射光的线偏振方向进行精确控制,光栅的图案则可通过掩膜版进行任意设计。此外,通过在样品中共掺杂POSS(polyhedral oligomeric silsesquioxanes)纳米粒子,可实现胆甾相液晶从混合态配向(hybrid alignment)到平面态配向(planar alignment)的转换。在此基础上,利用掩膜版对样品进行多畴光取向,实现了指纹织构光栅从旋转模式(RotationMode)到开关模式(On-Off Mode)的转换,获得了同时具有两种稳定模式的胆甾相液晶超结构。
【图文】：

示意图,胆甾相液晶,手性液晶,螺旋结构

胆甾相表现为液晶分子成层排列，层内分子相互平行，每一层的液晶指向失逡逑（指某一区域内液晶分子的平均取向方向，通常用表示）之间具有一定的夹角，逡逑从而构成如图１．１邋（ｂ）所示的螺旋形结构，螺旋轴的方向垂直于每一层的液晶逡逑指向失。指向失方向每旋转３６０°，，构成一个螺旋。每一个螺旋的长度被称为螺逡逑距（ｐｉｔｃｈ，邋ｐ），螺距的大小与温度及外场有关。胆甾相液晶的螺距可以是几百纳逡逑米到无穷大之间的任意值，取决于液晶分子的化学结构。向列相液晶也可以看作逡逑是螺距无穷大的胆甾相液晶。除了向列相液晶，近晶相液晶同样也会表现出手性逡逑特征。逡逑ａ逦ｂ逡逑ｐ逦．—＾厂＾逦；二：逡逑ｐ邋Ｍｍ邋＾逡逑？逦？邋ｚ逡逑图１．邋１邋（ａ）典型手性液晶分子的化学结构，（ｂ）胆甾相液晶螺旋结构示意图Ｕ逡逑为指向失，Ｐ为螺距）逡逑１逡逑

平面态,织构,偏光显微镜,液晶

典型的平面态织构有以下两种［１８］：逡逑１）当胆留相液晶被局限在－？面摩擦取向，一面未取向的液晶盒中时，在摩擦玻逡逑璃基底表面（ｚ＝0），液晶分子的方位角（液晶分子指向失与摩擦方向之间的逡逑夹角）仇由摩擦方向决定；在另一面未配向处理的基底（ｚ＝ｔ／，ｄ为盒厚）表逡逑面附近，方位角办是能够自由调整的。逡逑２）当胆留相液晶被限制在两面摩擦取向的液晶盒中时，仇（和办都是固定的。此逡逑时，液晶分子的螺旋轴必须产生轻微的调整来适应这一条件：式１．２中的手逡逑征如被改写为：逡逑ｑ＇ｄ邋＝邋ｅ，－ｅＱ邋＋邋ｎ７：逦（１邋３）逡逑（ｎ邋＝邋ｉｎｔ邋ｅｇｅｒ）逡逑布拉格反射特性逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O753.2

【参考文献】