SU-8光栅结构中的液晶激光特性

设计制作了SU-8光栅结构的染料掺杂手性向列相液晶激光器件,在器件正面和侧面均实现了随机激光辐射。将激光染料PM597、手性剂S-811、向列性液晶TEB30A按一定比例均匀混合,注入反平行摩擦处理的液晶盒中,器件的下基板通过光掩模法刻蚀出周期为15μm的光栅。利用532 nm的Nd∶YAG固体脉冲激光器作为泵浦源,器件的侧面既在580~590 nm范围内出现了多个离散分立的随机激光辐射峰,FWHM约0.19 nm,又在579~585 nm范围内出现独立的两个激光辐射峰,FWHM约0.19 nm;在器件正面获得了584~590 nm范围的随机激光辐射谱,FWHM约0.17 nm。加热器件至61℃,液晶相变为各向同性态,器件侧面仍出现了波长约590.60 nm、FWHM约0.24 nm的激光辐射峰。分析得出,液晶盒中引入SU-8光栅结构后,光子同时在液晶分子间多重散射和SU-8光栅中布拉格反射获得反馈放大,两种机制相辅相成。器件侧面出现的独立激光辐射峰主要由SU-8光栅布拉格反射提供反馈放大形成,而器件侧面和正面的随机激光辐射峰主要由液晶分子间多重散射提供反馈放大形成。     

激光束散角复合控制技术

为了降低部分相干光光学系统设计的复杂度及成本,增加部分相干光应用的便捷性,提出了一种液晶空间光调制器的激光相干度及束散角复合控制方法。首先介绍了对激光光束进行相干度和束散角复合控制的基本理论和方法;然后分别设置了相干度和束散角检测实验,检测了本方法所调制激光光束的相干度和束散角的准确性。实验结果表明,采用液晶空间光调制器生成相干度为0.9 mm、束散角为7.5 mrad,以及相干度为1.5 mm、束散角为3.8 mrad的部分相干光束,其相干度与理论值相比误差在5%以内,其相干度均方根误差分别为0.027386和0.031314,峰谷值分别为0.084658和0.089103;其束散角与理论值相比误差在5%以内,其束散角均方根误差分别为0.022478和0.023186,峰谷值分别为0.081201和0.092130。可见,该方法可以实现高精度的相干度及束散角复合控制。     

太赫兹场致液晶双折射效应的研究

液晶材料是信息显示设备中的重要组成部分,其在外场作用下所表现的高双折射特性是其被用于显示的关键条件。利用强太赫兹波作为外场,激发液晶5CB材料的双折射效应。结合太赫兹时域光谱系统通过测量不同偏振的太赫兹波的透过率,研究了太赫兹场致液晶在太赫兹波段的双折射效应。分析了液晶的双折射效应与外场强的变化关系、频率响应特性等方面。研究结果表明在强场太赫兹波激发下,液晶的双折射现象随场强的增大而增大,双折射值与外部场强平方成正比,且液晶5CB对于太赫兹激发的双折射效应存在一定的阈值。     

基于铕取代多金属氧簇的手性发光液晶材料

The incorporation of europium-substituted polyoxometalate (PM) into chiral amphiphiles is attractive for the fabrication of multifunctional chiral luminescent liquid crystalline materials. Chiral amphiphiles acted as good promoters to trigger the achiral PM to show induced supramolecular chirality through electrostatic interactions, as illustrated by circular dichroism (CD) spectra. Differential scanning calorimetry (DSC), polarized optical microscopy (POM), and temperature-dependent X-ray diffraction (XRD) analysis confirmed that the organic/inorganic hybrid polyoxometalate complex exhibited thermotropic mesomorphic behaviors. In a cast film, the complex displayed intrinsic luminescence that could be adjusted by accurately controlling the temperature. The electrostatic encapsulation of PM with chiral mesomorphic promoters provides an effective method for constructing PM-based chiral luminescent liquid crystalline materials.     

光致形变液晶高分子

交联液晶高分子兼具液晶的各向异性和高分子网络的弹性,并且具有优异的分子协同作用.在交联液晶高分子中引入光响应基团,例如偶氮苯后,即可赋予其光致形变性能,利用分子协同作用可以将光化学反应引起的分子结构变化放大为宏观形变,从而将光能直接转化成机械能.通过合理的分子结构和取向设计可以使液晶高分子产生诸如伸缩、弯曲、扭曲、振动等多种形式的光致形变,并用于各类光控柔性执行器件的构筑,在人工肌肉、微型机器人、微量液体操控等领域呈现出独特的优势和广阔的应用前景.本文总结和评述了光致形变液晶高分子的研究,包括材料结构对光致形变性能的影响、新型可加工光致形变材料的研究、利用可见光和近红外光触发形变的策略,以及光致形变液晶高分子微执行器在微量液体操控中的应用,最后展望了该领域的发展方向.     

苯并䓛盘状液晶: 合成、柱状相和光物理性质

盘状液晶分子由稠环芳核和围绕的多条柔性链构成, 具有独特的自组装有序超分子结构、半导体性质和光学性质. 其可通过溶液或喷墨打印技术加工成为光电子薄膜器件, 具有低成本优势. 通过Suzuki-Miyaura交叉偶联和Scholl氧化环化策略, 合成了一系列新的具有苯并䓛结构的非对称酸酐、羧酸酯、酰亚胺和苯并咪唑稠环衍生物, 并对其液晶性和光物理性质进行了详细研究. 通过偏振光学显微镜(POM), 差示扫描量热法(DSC)和小角度X射线散射(SAXS)测试表明, 这些极性盘状化合物自组装堆积呈六方柱状(Col_hex)液晶相, 其中, 最宽的液晶温度范围达206 ℃. 官能团和共轭体系大小决定了相变温度和液晶范围. 荧光测试结果表明, 化合物溶液中绝对量子产率高达34%, 根据官能团不同, 这些化合物发蓝、绿和红光. 借助密度泛函理论(DFT)计算, 解释了该系列极性盘状液晶分子发光性质的差异. 基于本工作的合成方法, 从萘酸酐原料出发为构建结构多变、性质丰富的π-共轭(杂环)芳烃盘状液晶化合物提供了新途径.     

液晶分子印迹整体柱的制备及其分子识别热力学

液晶分子印迹聚合物(MIPs)因刚性液晶单体的加入而在超低交联度水平下也能印迹和识别模板分子,有效解决了传统MIPs因高交联度造成的位点包埋、结合容量低、传质慢等问题。尽管液晶MIPs具有如此独特的优势,但却面临着由于交联度的大幅度降低而导致印迹效果下降的问题。为了研究液晶MIPs的结合特性,制备具有良好印迹效果的低交联液晶MIPs,该文通过二次接枝聚合,制备了一系列不同交联度的液晶分子印迹整体柱,用高效液相色谱法研究了聚合参数与印迹整体柱亲和性的关系。实验中选用三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)为交联剂,以甲苯和十二醇为致孔剂合成整体柱骨架,并在此基础上以(S)-萘普生为模板,加入液晶单体4-氰基苯基单环己基乙烯(CPCE)进行二次聚合接枝。实验中系统考察了流动相中乙腈比例及缓冲液pH值对色谱保留的影响,结果发现液晶单体的加入使得MIPs对萘普生保留控制机制由原来的氢键作用变为了疏水作用;通过动态吸附实验得到的突破曲线经前沿分析及对吸附等温线Langmuir、Freundlich和Scatchard分析拟合,发现交联度为15%时液晶MIPs印迹因子最大(3.78)、非均一性最强,且特异性吸附量高于非特异性吸附量。液晶MIPs的计量置换模型(SDM-R)分析表明,液晶印迹整体柱对模板分子的总亲和力(ln A=0.645)明显高于其类似物;而从空间匹配程度看,与液晶印迹整体柱空间匹配程度最高的是酮洛芬而非模板分子,但液晶印迹整体柱对酮洛芬的总亲和力(ln A=0.242)不及模板分子的一半,表明在本低交联液晶印迹系统中,空间效应不是决定印迹系统识别能力的主要因素。进一步的分离热力学研究发现,低交联液晶印迹柱的|ΔΔH|<T|ΔΔS|,而交联度为70%的非液晶MIPs柱的|ΔΔH|>T|ΔΔS|,表明液晶MIPs的分离过程是一个熵控制过程,而常规无液晶MIPs的分离过程是一个焓控制过程。上述结果表明,液晶单体的加入改变了MIPs的识别机制,适当的低交联度可显著提高液晶MIPs的识别性能,因此液晶MIPs这些特质有望使其成为新一代的MIPs。     

求解Ericksen-Leslie方程的一阶精度、线性稳定的数值格式

本文研究了液晶流不可压缩动力学方程组的数值求解问题.利用鞍点方法构造泛函,并对泛函进行变分,提出了一个具有一阶精度的解耦数值格式.通过数值模拟结合理论分析,得出所提方法可以准确描述液晶中的缺陷、分子分布规律以及符合动力学规律的结论.丰富了求解液晶动力学模型的内容.     

液晶空间光调制器相位调制特性的快速测量与标定方法

为提高液晶空间光调制器（LC-SLM）在波前相位调制中的精度,提出了一种能对LC-SLM实现快速标定的数字全息测量方法。该方法仅需在成像面上采集单幅数字全息图像,就能实时测量LC-SLM在特定波长下的相位调制特性,系统结构简单,且无需经过复杂的衍射传播计算,测量效率较高。在不改变光路结构的情况下利用Twyman-Green干涉法开展对比实验,进一步验证了数字全息法在测量精度方面的优势。实验结果表明,LC-SLM在标准光波波长（633 nm）下的相位调制范围为0～6.185 rad,利用反插值法校正相位响应的非线性特性使得非线性误差降低到2.45%,有效提升了器件的线性驱动精度。最后,针对LC-SLM的波长响应特性,建立了相位-波长调制修正系数模型,对LC-SLM在非标准光波波长（670 nm）下的实际相位调制范围进行了修正,探究了该器件在双波长干涉测量系统中用于相位校正的可行性。     

三唑环修饰的苯并菲二羧酸酯和酰亚胺: 合成、液晶及凝胶性

在盘状液晶分子外围柔性链中引入功能不同的基团, 是设计和合成具有良好液晶性能化合物的常用策略. 本工作从苯并菲2,3-二甲酸和酸酐出发, 通过亲核取代和点击反应, 分别合成了两类三唑环修饰的苯并菲二羧酸酯和苯并菲酰亚胺化合物. 热重分析仪(TGA)测试表明, 新制备的主要中间产物与目标化合物失重为5%时的温度在274~389 ℃之间, 均表现出良好的热稳定性. 我们通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)和变温X射线衍射(XRD)实验对这些化合物的热力学行为和介晶性进行了研究. 除三唑环修饰的酯3a和3b无液晶性外, 主要中间产物(2和5)与三唑环修饰的酰亚胺产物(6a和6b)均有一个六方柱状液晶相. 此外, 制备的以三唑为桥联基团的酰亚胺二聚体10为室温液晶, 具有173 ℃的液晶范围. XRD证实了该二聚体中存在有序度不同的两种柱状液晶相(Col_h1和Col_h2). 另外, 由于三唑环的引入, 三唑环修饰的酯类和酰亚胺两类化合物在某些有机溶剂中都能形成有机凝胶. 其中, 二聚体10在1,2-二氯乙烷和1,4-二氧六环中表现出优异的凝胶能力, 其临界凝胶浓度(CGC)可低至1 mg/mL. 相比之下, 不含三唑环的中间产物2和5则不能形成凝胶, 表明三唑环之间的偶极-偶极作用和液晶刚性核π-π堆积的协同作用对于超分子凝胶的形成起着重要的作用. 因此, 同时表现出液晶和凝胶性质的三唑环修饰的苯并菲2,3-二酰亚胺分子具有成为一种多功能材料的潜在应用价值.