负性向列相液晶电致缺陷的产生与湮灭过程

取向有序的液晶材料具有丰富的物理各向异性、外场响应性、物理效应,催生了新一代的光电应用.利用电场可在液晶中产生拓扑缺陷.缺陷动态过程受材料自身特性和外界条件的影响尚未明晰.本文选用介电各向异性△ε在-1.1到-11.5之间的7种向列相液晶材料,通过施加线性增加的交流电场,研究了负性向列相液晶电致脐点缺陷产生到湮灭过程中材料特性(△ε)和外界条件(温度、外加电场参数)对脐点缺陷的标度规律及湮灭快慢的影响.结果表明:在不同的△ε、温度和电场频率下,缺陷产生过程均满足Kibble-Zurek机制,即缺陷密度与电场变化率之间存在标度关系,且标度指数约为1/2;温度越高,产生缺陷密度越大;△ε越强或电场变化越快,缺陷湮灭速度越快.本文的研究厘清了拓扑缺陷产生湮灭与材料特性和外界条件的依赖关系,有利于对软物质中拓扑缺陷动态过程的认识和理解.

竞争向列相液晶中(1+2)维空间光孤子

基于JUNG等人提出的竞争非局域模型,研究了竞争型向列相液晶中(1+2)维空间光孤子的传输特性。利用变分法给出了孤子临界功率解析表达式,发现当热非局域程度固定时,临界功率随分子取向效应非局域程度的变化规律与随热非线性系数的变化规律一致:随着分子取向非局域程度或热非线性系数的增加,临界功率由功率不等的两个分支逐渐重合为功率相等的一支;当分子取向效应非局域程度和热非线性系数固定时,随着热非局域程度的增加,临界功率由功率相等的一支分为功率不等的两个分支。利用光束传输方法发现,只有功率不等分支上的点对应的(1+2)维空间光孤子才能稳定传输。该研究结果可为竞争非局域介质中(1+2)维空间光孤子的实验研究以及全光互联应用提供理论基础。

向列相液晶器件光调制性能研究

液晶的折射率易受外加电压和温度的影响,据此可获得电场和温度可调制器件。为改善液晶器件对光的调制性能,制备了向列相液晶器件,并对其调制性能进行理论模拟和实验研究。首先研究液晶器件的透过光强和相位延迟随电压变化关系,结果显示,相同电压下,增大器件厚度,光强调制曲线的峰谷数增多,相位调制量增大,其中电压在0.8~3 V范围内,相位延迟曲线变化较明显,厚度为4、6和10μm的器件可分别获得约1.21π、1.87π和3.19πrad的相位调制量。其次对厚度为4μm的器件进行温度可调制性能的研究,结果显示,温度从20℃升至45℃时,获得的温度可调制量约为0.29πrad。改变电场或温度均能引起液晶的折射率变化,从而实现对光的调控,适当增加液晶器件厚度可获得较大的相位调制量。研究结果对液晶光调制器件的性能改善及应用具有重要参考意义。

向列相液晶分子结构与黏度关系研究及BPNN-QSAR模型建立

用于光学、微波通信调谐等器件的向列相液晶材料需要具备高响应速度来实现应用需求.液晶器件响应速度与液晶的旋转黏度、液晶的双折射率等因素相关.微波器件用向列相液晶,常采用大π-电子共轭体系、大极性基团来提高液晶分子的双折射率和介电各向异性,实现宽相位调制量,也因此增大了液晶材料黏度,影响了微波器件的响应速度.本文以液晶黏度因素为主线,对本课题组设计合成的42种向列相液晶在25℃时的黏度用旋转流变仪进行测试,从液晶化合物的结构角度分析影响液晶黏度的因素.首次建立向列相液晶分子结构与黏度的BPNN-QSAR定量构效模型,模型测试组预测值跟真实值之间的相关系数q^(2)=0.607>0.5,说明模型可用于液晶化合物的黏度性能预测,并对影响黏度性能的分子结构描述符进行了探讨.从实际应用出发结合本课题研究,设计了两个系列7个大双折射率液晶分子,BPNN模型测试黏度量度小于同类型分子,实验测试值与模型测试值相近.

向列相液晶中非对称相位光栅的产生及形貌

为了研究液晶中相位光栅的动态衍射特性和光栅形貌,提出了在C_(60)掺杂垂直排列向列相液晶(NLC)中产生非对称光栅的方法,分析了光栅产生机制并建立了光栅形貌的数学模型。首先,用水平偏振光的斜入射光束写入相位光栅。然后,利用一束光作为探测光读出光栅并利用光电探测器记录衍射光强。实验表明,光栅的最大衍射效率超过60%,且衍射强度分布不对称。基于非对称衍射的特征,提出了基于光折变效应产生非对称衍射分布和衍射效率超过对称光栅Raman-Nath衍射理论极限的物理机制。最后,给出了在NLC中形成非对称锯齿形光栅的假设,并提出了描述非对称锯齿形相位光栅的数学模型。研究结果表明,相位光栅的高衍射效率来源于液晶中非正弦调制的空间电荷场。这种非对称电场主要是表面电荷调制和Carr-Helfrich效应共同作用的结果。提出的非对称锯齿形光栅模型假设能够很好地描述非对称衍射和衍射效率突破Raman-Nath理论关于对称光栅衍射理论限制的原因。

一种改进的C-V方法对向列相液晶弹性常数k_(11)、k_(33)测量的理论研究

提出了一种更为准确的测量向列相液晶展曲、弯曲弹性常数的C-V方法。以正性液晶材料为例,当沿面排列的液晶分子预倾角不为零时,阈值电压值不易确定,k11的确定必定存在误差,而以前报道并未考虑到此问题。文章针对此问题给出了在强锚定条件下,预倾角不为零时C-V的关系式,并提出了通过曲线拟合来同时确定弹性常数k11、k33的方法。此方法对弹性常数的测量更为准确,液晶盒的制作要求降低,且测试简单、易操作。

平行排列向列相液晶的导波研究

基于透镜扩束系统,应用棱镜耦合技术对液晶层的全漏导模特性进行了研究。采用盒厚为4.6μm的平行排列向列相液晶盒,其内灌注E7液晶,通过实验给出了平行排列向列相液晶薄层的导波图,进而将实验结果与理论模拟结果进行了比较,理论所预言的液晶波导的导模在实验的导波图上得到了很好的验证。

ZIF-8对向列相液晶电-光性能的提升（英文）

ZIF-8(沸石咪唑酯骨架结构材料)是一种金属有机物骨架结构材料,因其极高的比表面积、出色的热稳定性而被广泛应用于各种性质研究中。ZIF-8通过传统的水热法在甲醇溶液中合成,其颗粒尺寸约为250nm,形貌为菱形十二面体。研究发现,合成的ZIF-8材料具有良好的热稳定性及相当大的比表面积。将其掺杂进液晶中会增强液晶的电-光性能,增强效果与掺杂浓度有关。在向列相液晶4-氰基-4′-戊基联苯(5CB)中,ZIF-8可以吸附杂质离子,抑制屏蔽效应,最终使液晶驱动电压降低,响应加快。在掺杂浓度为0.05%(w,质量分数)时,液晶体系的电-光性能改善最明显,阈值电压(V_(th))最小达到0.92 V,饱和电压(V_(sat))达到1.31 V,响应时间仅为10.04 ms。而当掺杂浓度大于0.05%(w)时,ZIF-8在液晶盒中发生团聚,影响液晶分子的有序排布,同时吸附杂质离子减少,不利于液晶电-光性能的改善。

向列相液晶中的耦合自相位调制现象

通过实验研究了C60掺杂的向列相液晶(5CB)在低光强下的自相位调制现象。样品经过二波耦合实验之后液晶分子进行一定的取向,这时在水平和竖直偏振光的照射下可观察到明显的自相位调制现象。改变入射光的偏振方向可以看到自相位调制的衍射图样也随之改变,原因就是液晶折射率变化的各向异性。可见,液晶盒中的分子取向与光束的偏振方向有很强的依赖关系。

不同形貌Ni颗粒对向列相液晶电光性能的影响

将不同形貌的Ni颗粒(类碗状Ni颗粒、Ni花颗粒和Ni球颗粒)掺杂在液晶中制备了扭曲向列相(TN)液晶显示模式液晶盒,采用液晶综合参数测试仪对掺杂不同形貌Ni颗粒的向列相液晶(NLC)显示模式液晶盒的阈值电压、饱和电压、对比度及响应时间进行了研究。结果表明,掺杂Ni颗粒后,液晶的电光性能得到明显改善,阈值电压、饱和电压均有所降低,对比度明显增大,响应时间下降。其中类碗状Ni颗粒改善效果最为明显,驱动电压降幅达到13.77%,对比度增大35.55%,响应时间降低至9.390 ms。Ni颗粒的形貌及比表面积对液晶的电光性能有很大影响。比表面积及曲率大的Ni颗粒对液晶电光性能的改善效果好。

向列相液晶盒挠曲电效应的理论分析

用解析的方法证明了挠曲电效应对沿面排列的向列相液晶盒的物理效应。在不考虑液晶界面离子吸附的情况下,导出了挠曲电效应引起的表面能,证明了该表面能在上下基板处具有不同的数值,从而引起液晶指向矢分布对中间层对称性破缺。这将会影响液晶盒的光学性质。通过计算机数值模拟表明,挠曲电效应引起的指向矢分布对称性破缺会随着挠曲电效应的增强而增大。

向列相液晶热光效应的实验研究

通过研究向列相液晶BL 009的折射率随温度的变化,探讨了向列相液晶的热光效应。测出了温度在20～100℃,入射光波长为630nm时液晶的双折射率随温度变化关系曲线,讨论了液晶双折射率随温度的变化规律。

向列相液晶动态全息存储特性的研究

研究了C60掺杂向列相液晶中全息光栅的形成,实验中我们利用了一种特殊的全息再现方法:即低电压记录,高电压再现,观察到清晰的全息再现像 实验结果表明样品具有良好的全息存储能力 分析了电压对实验结果的影响,实验表明:为了避免动态散射的出现应使用较低的记录电压,而再现时应采取高电压以重新激发隐藏的光栅,提高再现的质量。

向列相液晶润滑性能分析

向列相液晶是具有分子取向有序的一种典型结构,其分子取向特性可由向矢表示。基于此给出了一维向列相液晶的流动方程,研究了具有不同Leslie系数的5CB和MBBA 2种向列相液晶在不同向矢角度的等效粘度,以及它们在平面滑块下的润滑特性。结果表明,随着向矢角度的增加,向列相液晶的等效粘度增加,承载能力也增加,这表明向列相液晶的分子取向对其润滑性能有重要作用。

偏振光下向列相液晶(5CB∶C_(60))取向光折变特性的研究

通过实验研究了外加电场对C60掺杂的向列相液晶(5CB)的取向光折变特性及水平和竖直偏振光对样品二波耦合和自相位调制现象的影响。通过测量样品的增益系数和光束耦合率可以看出,在水平偏振光照射下两束透射光有较强的能量转移而在垂直偏振光照射时几乎观察不到明显的能量耦合现象。可见,液晶盒中的分子取向与光束的偏振方向有很强的依赖关系。

向列相液晶缺陷光子晶体透射光谱偏振敏感特性研究

研究了向列相液晶缺陷TiO2和SiO2交替的光学多层膜一维光子晶体透射谱偏振敏感特性。外电压下透射光谱测试和模拟结果显示,对于平行取向的向列相液晶,当自然光垂直入射时,禁带中两处出现e(TE模式)光和o光(TM模式)透射峰,具有偏振敏感性。随着电压增大,e光透射峰蓝移与o光透射峰合二为一,光谱可调谐范围分别为31和34nm;而对于取向混乱的向列相液晶,禁带中两处出现独立的透射峰,无偏振敏感性。随着电压增大峰位也蓝移,光谱可调谐范围分别为64和15nm。通过混乱取向液晶分子,可以使o光和e光有效折射率值相等,获得偏振不敏感特性。

电场作用下向列相液晶指向矢与流动的耦合机理

作为开发液晶流动驱动的第一步,运用宏观ELP模型及Frank弹性理论对电场作用下液晶盒内向列相液晶的指向矢旋转与所引起的液晶流动之间的耦合机理进行了理论与实验研究。通过对液晶盒进行施加及撤销电场的操作,得到了液晶盒内瞬间液晶指向矢的旋转及所引起的液晶流动的变化情况。电场施加瞬间指向矢的旋转控制着流动的变化,二者同时达到最大值:指向矢旋转为350(°)/s,引流速度为30μm/s;而电场撤销的瞬间流动的变化控制着指向矢的旋转,流动特征与电场施加瞬间很相似,但持续时间很短。实验验证采用最直接的观察法,用显微镜自带CCD拍摄液晶盒在电场施加和解除过程中内部液晶引流发生的过程,通过图像分析得到实验数据,每个数据点分别通过取10次实验的平均值得到,实验结果与理论计算结果吻合。

Monte Carlo模拟空间各向异性势向列相液晶微滴

基于分子两体势,用Monte Carlo方法计算向列相液晶微滴.两体势基于格点模型,是空间各向异性的且依赖于液晶的弹性常数.假定向列相液晶微滴具有自由表面,引入切向内禀强度定量描写表面引发的分子内禀易取向的强弱.通过各向异性势的两种方案,在低温下计算切向内禀强度和二阶序参数在微滴内不同区域的变化,与Lebwohl-Lasher模型作对比分析.结果表明:只有一种方案在微滴表面产生内禀易取向,且内禀强度值的大小与K33/K11值有关;空间不完整的向列相液晶使得微滴由内层到外层有序度越来越低.

一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法

提出了一种新的测量扭曲向列相液晶盒盒厚和扭曲角的Stokes矢量法。根据Jones矩阵推导出了Stokes矢量与液晶盒参数的关系,其原理是通过确定经过液晶盒之后偏振光的偏振特性来求解液晶盒盒厚和扭曲角。该方法在测量一个Stokes矢量时,在液晶盒后依次放两种波片,目的是改变经过液晶盒后的光的偏振态,再置一偏振分光棱镜分开水平Ip和垂直Is线偏振分量,测得两组光强,根据公式算得该Stokes矢量,从而求解液晶盒盒厚以及扭曲角。实验中我们用该方法测量了不同盒厚、扭曲角度的TN液晶盒。实验结果证明该方法可行,结果准确,并且可以测量盒厚较小的液晶盒。最后,我们理论分析了实验误差。

向列相液晶中高阶衍射图像的特性

研究了垂直排列C60掺杂的向列相液晶(5CB)记录光折变光栅衍射像的特性。利用二波耦合实验,以较小入射角的信号光束与参考光束在样品中干涉并形成光折变光栅。在远离样品的观察屏上可观察到高阶衍射像。对衍射像进行分析发现,信号光一侧的二阶衍射像被放大,而在参考光一侧的负一阶衍射虽没放大,但产生了180°旋转,理论分析与实验观察结果非常吻合。