胆甾相液晶的带隙结构及其在光电检测中的应用探讨

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类由胆甾类化合物组成的液晶材料，具有许多优异的性质，如宽的温度范围、高的对比度和快速的响应速度等。

研究人员利用这些性能，在液晶显示领域和其他电子应用领域中开发了许多新技术和产品。

本文综述了选择性反射胆甾相液晶的研究进展。

首先，我们简述了胆甾相液晶的组成和结构。

胆甾相液晶是由胆甾基团和长链基团两部分组成的分子。

长链基团赋予了分子极性，而胆甾基团则用于形成液晶结构。

这种结构的尺寸和形状可以通过修饰胆甾基团来实现，并且可以通过此方式调节胆甾相液晶的相结构和性质。

然后，我们讨论了选择性反射胆甾相液晶的结构和性质。

选择性反射胆甾相液晶是一种光学现象，其分子具有chiral对称性，使得它们只反射特定波长的光线。

这种镜像对称性可以通过调节分子的手性和极性达到，并且可以通过这种方式来控制液晶层的结构和性质。

选择性反射胆甾相液晶的物理和化学结构可以通过光学显微镜和核磁共振等技术进行深入研究。

接着，我们介绍了选择性反射胆甾相液晶在化学传感器和显示技术领域中的应用。

在化学传感器领域中，该技术已被用于制造高灵敏度和选择性的传感器，用于检测环境中的某些化学物质。

在显示技术领域中，该技术被用于制造高清晰度和低功率消耗的显示器，具体应用包括便携式电子设备和汽车领域。

最后，我们讨论了选择性反射胆甾相液晶未来的发展方向和挑战。

未来，选择性反射胆甾相液晶的应用领域将得到进一步拓展。

但是，该技术的应用面临着一些挑战，如生产成本高和稳定性问题。

因此，研究人员需要继续投入更多时间和精力，以克服这些问题，并使选择性反射胆甾相液晶更加实用和可靠。

胆甾相液晶激光器研究进展张世超;黄玉华;王辉【摘要】Cholesteric liquid crystal lasers have been extensively studied but barely studied in our country.The periodic helical structure and selective reflection property of cholesteric liquid crystal were introduced.The principle and research progress of cholestenc liquid crystal based lasers and its potential applications were reviewed to provide some reference for the specialists in our country.%近年来国外学者对胆甾相液晶激光进行了大量研究,而国内在这方面研究甚少.介绍了胆甾相液晶周期性螺旋结构及其选择性反射特性,以及胆甾相液晶激光的工作原理,总结了胆甾相液晶激光的发展现状及其潜在的应用前景,以期为国内液晶研究的同行提供一点参考.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2011(035)004【总页数】4页(P514-517)【关键词】激光器;胆甾相液晶;液晶激光器;光子带隙【作者】张世超;黄玉华;王辉【作者单位】浙江师范大学,信息光学研究所,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,金华,321004;浙江师范大学,信息光学研究所,金华,321004【正文语种】中文【中图分类】O43;TN248引言光子晶体是一种介电常数呈周期性变化的介电质，会形成光子禁带和导带，光子在导带里可以顺利传播，在光子禁带内则会被禁止。

这一特点使得光子晶体可以应用于很多领域，尤其在集成光学具有巨大的应用前景，因此引起了广泛的研究兴趣。

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。

胆甾型液晶显示的研究及进展摘要胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。

在液晶相状态下具有独特的光学特性，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。

本文系统阐述了其在光学显示领域的研究进展关键字：胆甾相液晶，用途，特性，进展1.胆甾型液晶简介液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质，具有光电动态散射特性；它有多种液晶相态，例如胆甾相，近晶相，向列相等。

由于液晶分子的有序排列，使得其呈现有选择的散射，也因此使其具有显示功能的潜力。

胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。

在液晶相状态下具有独特的光学特性，类似一维光子晶体，具有选择性布拉格反射，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景[1]。

2.胆甾型液晶组成及排列2.1.胆甾型液晶组成单一成分的胆甾型液晶：此类胆甾相液晶分子本身就具有旋光性，大部分是胆甾醇的卤化物、脂肪酸或碳酸酯等衍生物，分子结构通式如图2-1所示，其中-R1为饱和碳链, -R2为任意原子团[2]。

图2-1 胆甾醇酯分子通式此外对氧化偶氮苯甲醚类、对正甲氧基苯甲醛类化合物，具有不对称碳原子，呈长棒状的化合物等通常都可能成为胆甾相液晶。

多组分的胆甾型液晶：为满足液晶各方面性质的要求，故用于显示的胆甾相液晶一般是混合物，可以由胆甾型液晶与胆甾型液晶互混而成，也可以通过向具有不对称碳原子、存在相互成对应体的旋光异构体的向列相液晶分子中添加手性掺杂剂来获得[3]。

2.2.胆甾型液晶分子排列胆甾型液晶具有层状的分子排列结构，层与层间相互平行，其分子细长，长轴具有沿某一优先方向取向，相邻两层分子间的取向不同，一般相差15°左右，且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向) 螺旋状旋转。

这种特殊的螺旋状结构使得胆甾相晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性布拉格反射。

胆甾相液晶的带隙结构及其在光电检测中的应用探讨【摘要】本文分别采用平面波展开法（Plane Wave Expansion，PWE）和有限元法（Finite Element Method，FEM）对胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals，CLCs）的带隙结构进行研究并探索其在光电检测领域的应用。

通过两种方法计算的模拟结果显示，CLC具有类似于一维光子晶体的带隙结构特性，同样可以对光子进行有效的局域，这反映在实验上是具有反射或者透射能带。

进一步的推导说明，这种独特的螺旋结构具有对偏振光旋转方向即手性的选择作用，此类结构只和具有相同手性的圆偏振光发生相互作用，这为圆偏振光的检测，圆偏振度的测定提供了一个非常有效的解决方案。

【关键词】胆甾相液晶；光子带隙材料；光子局域；圆偏振光1.研究背景及意义21世纪是信息的社会，如何高效地获取信息成为普遍的关注，这也为技术的进步和突破提供了动力和要求。

这其中，光通信由于其超快的速度，超高保真度成为替代传统通信的必然选择。

因此实现对光的有效调控，包括对光的相位，偏振态等特性的测量、分析和调制显得尤为重要。

本文基于对一种特殊的结构，胆甾相液晶的带隙结构进行模拟和实验上的测量，研究其作为光子带隙材料[1，2]的特性，并通过理论推导，挖掘其在圆偏振光的检测领域的应用。

2.简介依据分子的排列方式，传统的液晶可以分为（i）向列相；（ii）近晶相和（iii）胆甾相三种，其中胆甾相液晶的基本结构如图1所示。

液晶分子一般呈椭球状，通常用指向矢量来表征其指向。

在胆甾相液晶中，每一层的液晶分子平行排列，故可以用单个液晶的指向矢量代表整一层的取向。

层与层之间液晶层的指向矢量有一定的偏转，偏转的轴被称为螺旋轴，所以胆甾相液晶有时候又被称为螺旋液晶，围绕旋转轴转动的方向不同，又可以将螺旋液晶分为左旋和右旋液晶。

定义指向矢量偏转360°对应的距离为螺旋液晶的螺距（pitch），由图可见，应为螺旋结构具有旋转对称性，故类比于光子带隙材料的特征周期为螺距的一般，即存在：P=2d假设入射光沿螺旋轴即z轴入射，则在z方向上，由于液晶分子的排列，其折射率也是周期分布，一般来说相邻两层的取向夹角非常小，故通常采用三角函数对其折射率沿z轴的分布进行描述，即：其中，n0=0.5（ne+no），为平均折射率，ne，no分别为双折射液晶材料的非常光和寻常光折射率。

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是一种特殊的胆甾相液晶，在光学和电学领域具有广泛的应用前景。

本文将从其结构与特性、制备方法、应用方面综述其研究进展。

一、结构与特性选择性反射胆甾相液晶具有胆甾相液晶的双层子结构，第一层是胆甾酯层，第二层是胆甾相层。

其中，胆甾酯层的分子具有强极性和大的正光学旋光度，而胆甾相层则具有高度复杂的结构，其中含有大量氢键和范德华力。

在红外区域的吸收带谱表现出强烈的吸收峰，且在选择性反射天然光中表现出极强的反射性能。

选择性反射胆甾相液晶还具有多种特殊的光学和电学性质，如能在其中固定不变的空间方向，保持其振荡状态；能够显示双向观察效应，即观察者在不同位置看到的图案不同；还能根据外界电场的改变而改变其所反射波的颜色和光强度。

二、制备方法选择性反射胆甾相液晶的制备方法有多种，如单晶生长法、拉伸自组装法、毛细膜扩散法、挤出法等。

其中，单晶生长法是最常用的制备方法之一。

该方法是在温度控制的条件下，通过慢慢降低温度使物质从完全熔化的状态逐渐形成液晶晶体核心，生长为单一的晶体。

这种方法制备的选择性反射胆甾相液晶具有高纯度和优异的光学性能。

同时，采用拉伸自组装法制备的选择性反射胆甾相液晶又具有优异的单一晶体结构和优异的行列性。

毛细膜扩散法在制备过程中，物质经简单的蒸发和扩散后，便能够自发地形成液晶涂层，具有相对简便的操作过程。

挤出法则能够在瞬间制备大量的选择性反射胆甾相液晶。

三、应用方面选择性反射胆甾相液晶由于其独特的结构和特性，使其在生物医学、显示技术、激光技术、光学检测、传感器等领域具有广泛的应用前景。

例如，在生物医学领域，可以利用其特殊的光学性能，制成光学调控的纳米机器人，实现针对细胞的精准操作；在显示技术领域，选择性反射胆甾相液晶能够制成优良的光学显示器，有望替代目前的LED电视。

在激光技术方面，选择性反射胆甾相液晶可以作为光纤激光器的工作介质，在激光成像和激光刻蚀等领域发挥重要作用；而在传感器等领域，它又可以作为光学离子探测器、气体探测器等高灵敏度的检测器。

胆甾型液晶显示的研究及进展摘要胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。

在液晶相状态下具有独特的光学特性，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。

本文系统阐述了其在光学显示领域的研究进展关键字：胆甾相液晶，用途，特性，进展1.胆甾型液晶简介液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质，具有光电动态散射特性；它有多种液晶相态，例如胆甾相，近晶相，向列相等。

由于液晶分子的有序排列，使得其呈现有选择的散射，也因此使其具有显示功能的潜力。

胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。

在液晶相状态下具有独特的光学特性，类似一维光子晶体，具有选择性布拉格反射，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景[1]。

2.胆甾型液晶组成及排列2.1.胆甾型液晶组成单一成分的胆甾型液晶：此类胆甾相液晶分子本身就具有旋光性，大部分是胆甾醇的卤化物、脂肪酸或碳酸酯等衍生物，分子结构通式如图2-1所示，其中-R1为饱和碳链, -R2为任意原子团[2]。

图2-1 胆甾醇酯分子通式此外对氧化偶氮苯甲醚类、对正甲氧基苯甲醛类化合物，具有不对称碳原子，呈长棒状的化合物等通常都可能成为胆甾相液晶。

多组分的胆甾型液晶：为满足液晶各方面性质的要求，故用于显示的胆甾相液晶一般是混合物，可以由胆甾型液晶与胆甾型液晶互混而成，也可以通过向具有不对称碳原子、存在相互成对应体的旋光异构体的向列相液晶分子中添加手性掺杂剂来获得[3]。

2.2.胆甾型液晶分子排列胆甾型液晶具有层状的分子排列结构，层与层间相互平行，其分子细长，长轴具有沿某一优先方向取向，相邻两层分子间的取向不同，一般相差15°左右，且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向) 螺旋状旋转。

这种特殊的螺旋状结构使得胆甾相晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性布拉格反射。

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。

第３５卷㊀第７期２０２０年７月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３５㊀N o ．７㊀J u l ．２０２０㊀㊀收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ０６;修订日期:２０２０Ｇ０３Ｇ２２．㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(N o ．６１６７５１７２)S u p p o r t e db y Na t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (N o ．６１６７５１７２)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :l u ja n c h e n ＠x m u ．e d u ．c n 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２０)０７Ｇ０６９７Ｇ１３胆甾相液晶多重乳液微结构激光特性的研究进展罗炜程,车凯军,李森森,陈鹭剑∗(厦门大学电子科学与技术学院,福建厦门３６１００５)摘要:染料掺杂的带边胆甾相液晶微激光器因阈值低㊁无需反射镜的特点,自提出以来便一直是研究热点.具有复杂微结构的胆甾相液晶液滴是一种新颖的三维全向微激光器,兼具有小型化㊁集成化与波长可调谐的特性,更是引起了液晶非显示领域研究者们的广泛兴趣.其复杂的球形核壳微结构,促使诸如分布反馈㊁回音壁和法布Ｇ珀罗等多种激光模式的产生.而玻璃毛细管微流控技术的出现,使大规模制备单分散㊁尺寸可控的胆甾相液晶液滴成为可能,同时为制备结构复杂的多重乳液提供了必要条件.本文简要介绍了制备液晶乳液所使用的玻璃毛细管微流控技术,并综述了近年来与单重乳液胆甾相液晶液滴及多重乳液胆甾相液晶核壳微结构中的激光行为相关的研究工作.关㊀键㊀词:全向激光;玻璃毛细管微流控技术;胆甾相液晶;乳液;液滴;核壳微结构中图分类号:O ７５３＋．２;T P ３９４．１;T H ６９１．９㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/Y J Y X S ２０２０３５０７．０６９７R e v i e wo n l a s e r p r o p e r t i e s o f c h o l e s t e r i c l i q u i d c r ys t a l sw i t h m u l t i pl e Ｇe m u l s i o nm i c r o s t r u c t u r e s L U O W e i Ｇc h e n g ,C H E K a i Ｇj u n ,L I S e n Ｇs e n ,C H E N L u Ｇji a n ∗(S c h o o l o f E l e c t r o n i cS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,X i a m e nU n i v e r s i t y ,X i a m e n ３６１００５,C h i n a )A b s t r a c t :D y e Ｇd o p e db a n d Ｇe d g e c h o l e s t e r i c l i q u i dc r ys t a l (C L C )m i c r o l a s e rh a sb e e no n eo f t h e f o c u s o f a c a d e m i c r e s e a r c h e s e v e r b e c a u s e o f i n t r i n s i c p r o pe r t i e s ,s u c h a s l o wt h r e s h o l d a n dm i r r o r l e s s ．A s a n o v e l t h r e e Ｇd i m e n s i o n a l o m n i d i r e c t i o n a lm i c r o l a s e r ,C L Ce m u l s i o nd r o p l e t sw i t h c o m pl e xm i c r o s t r u c Ｇt u r e s e x h i b i t a p p e a l i n g c h a r a c t e r i s t i c s ,s u c ha s m i n i a t u r i z a t i o n ,i n t e g r a t i o na n d w a v e l e n g t ht u n a b i l Ｇi t i e s ,e t c ．,a r o u s i n g b r o a d i n 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l y i n t r o d u c e d f o r t h e p r o d u c t i o no fm o n o d i s pe r s e dL Ce m u l s i o n s ．A n d t h e r e c e n t s t u d i e s o n t h e l a s e rb e h a v i o r i nb o t ht h es i n g l e Ｇe m u l s i o nC L Cd r o p l e t sa n d m u l t i p l e Ｇe m u l s i o n C L Cc o r e Ｇs h e l lm i c r o s t r u c t u r e s a r e p r e s e n t e d a n dw e l l d i s c u s s e d ．K e y w o r d s:o m n i d i r e c t i o n a l l a s e r;g l a s sＧc a p i l l a r y m i c r o f l u i d i ct e c h n i q u e;c h o l e s t e r i cl i q u i dc r y s t a l;e m u l s i o n;d r o p l e t s;c o r eＧs h e l lm i c r o s t r u c t u r e s１㊀引㊀㊀言㊀㊀作为一种 自下而上 的自组装微结构,胆甾相液晶(C h o l e s t e r i c l i q u i d c r y s t a l s,C L C s)能够自发地形成周期性的螺旋结构,引起了人们的广泛关注.其液晶分子的指向矢沿着螺旋轴的方向均匀扭转,从而形成折射率的周期性调制并表现出一维的光子带隙.基于独特的手性结构,当入射光的波长位于光子带隙内时,胆甾相液晶表现出了特有的选择性反射,即具有相同手性的光将被反射,而具有相反手性的光将完全透过[１Ｇ２].反射光的中心波长由公式λ＝n p决定,n是平均折射率,而p则是胆甾相液晶的螺距,等于指向矢沿着螺旋轴方向旋转３６０ʎ后所经过的长度.而胆甾相液晶的螺距p对温度㊁光场㊁磁场以及电场等外界条件敏感,因而在外场作用下可以调控布拉格反射(B r a g g R e f l e c t i o n)波长的移动,大量的可调谐反射型光学器件研究基于该原理展开.胆甾相液晶通常被约束在厚度为几微米到几十微米的传统液晶盒中,导致器件整体体积的增大,不利于器件的集成化.同时,内部液晶分子的排布受到液晶盒表面锚定条件的影响较大,因此,波长的调谐过程通常是不连续的,且器件只有在特定的方向上才能工作[３].另一方面,通过乳化(E m u l s i f i c a t i o n)技术,特别是微流控制备技术,使得胆甾相液晶的结构和尺寸调控成为可能.每个胆甾相液晶液滴及液晶核壳微结构都可以看成是一个小型化的光学器件,方便集成化,且易于大规模生产.液滴及核壳微结构中的胆甾相液晶的螺旋轴方向排布受外侧水相溶液及胆甾相液晶两侧水相溶液的调控,当水相溶液对液晶层提供平面取向(P l a n a ra l i g n m e n t)或者切向取向(T a nＧg e n t i a l a l i g n m e n t)的锚定条件时,螺旋轴将垂直于水相与油相的交界面,沿着径向方向排布,整体上呈现球形对称性,此时器件将具有三维的全向工作的特性.作为一种新型的三维光学器件,核壳微结构中的胆甾相液晶的螺距仍然受到外界温度的调控,其反射带将随温度发生改变,从而有望被用于室温的温度传感器[４].特别地,液滴及核壳微结构中的液晶排列有序性容易被外界水溶液中引入的表面活性剂或者生物分子所破坏,因此可以被用在高灵敏度和快速响应的P H值的传感及酶的生物传感上[５Ｇ６].与此对应,通过混配出含有反应型液晶单体(R e a c t i v em e s o g e n,R M)的胆甾相液晶混合物,在光聚合的条件下,可以制备出结构稳定,机械强度高以及具有良好可逆性的胆甾相液晶液滴及胆甾相液晶球壳结构[７Ｇ１０].当多个胆甾相液晶液滴或核壳微结构之间的距离足够近时,由于特殊的选择性光反射,可以在正交偏光反射的条件下观测到多彩的反射斑点,该现象称为 交叉通信 (C r o s sＧc o mm u n i c a t i o n),有望应用于全光通信光开关及光学防伪标签上[１１].更为有趣的是,当胆甾相液晶的反射带波长与可见光的波长相当时,整体上呈现出的 结构色 (S t r u c t u r a l c o l o r s),更是引起了研究者们的兴趣.基于这种新颖的结构色特征,K i m课题组提出了一种由水凝胶包覆的尺寸与壳厚可控的具有核壳微结构的胆甾相液晶光子墨水微胶囊(P h o t o n i c i n kc a pＧs u l e)[１２].并更进一步通过在光聚合的油性球壳与胆甾相液晶内核之间引入一层取向层或是选择手性相反的胆甾相液晶作为内核和外球壳,制备出了具有油/水/油/水(O i lＧi nＧw a t e rＧi nＧo i lＧi nＧw aＧt e r,O/W/O/W)三重乳液结构的新型光子墨水微胶囊,在可分散与可注射的微传感器及光学防伪上具有潜在的应用[１３Ｇ１４].此外,研究者们更是基于胆甾相液晶特有的光子带隙,通过在水/油/水(W a t e rＧi nＧo i lＧi nＧw a t e r,W/O/W)结构中采用发光氨溶液内核和胆甾相液晶外壳实现化学发光的调控,或是在O/W/O/W结构中采用上转换(U p c o n v e r s i o n)油性内核和胆甾相液晶外壳产生三重态Ｇ三重态湮灭(T r i p l e tＧt r i p l e tＧa n n i h i l a t i o n, T T A)上转换发光[１５Ｇ１６].除此之外,胆甾相液晶液滴及核壳微结构中的激射行为更是成为近年来的研究热点.自１９９８年K o p p等人和T a h e r i等人首次报道了胆甾相液晶中的带边激射(B a n dＧe d g e l a s i n g)行为以来,染料掺杂胆甾相(D y eＧd o p e d C L C, D D C L C)液晶激光器由于阈值低㊁波长可调及无８９６㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷㊀需反射镜(M i r r o r l e s s)的特点,迅速成为了激光领域的研究热门[１７Ｇ１８].带边激射的基本原理是:位于胆甾相液晶光子带隙带边的光子群速度最小,从而使光子态密度(D e n s i t y o f s t a t e,D O S)得以积累并达到最大值,若此时掺杂的染料的荧光谱与光子带隙的带边重合,在合适的光泵条件下,便会产生对应波长的激光.然而,传统的平面态D D C L C激光器仍然存在体积较大,不利于集成的特点.同时,由于激光是沿着螺旋轴的双向出射,因此限制了其应用领域.而胆甾相液晶液滴及核壳微结构激光器则具有易于大量制造,方便小型化和集成化的特点.由于螺旋轴方向是沿着径向排列的,因此,泵浦光可以从任意方向入射,且出射的激光的方向也是全向的(O m n i d i r e cＧt i o n a l),是一种三维的全向激光.基于独特的全向激光的特性,有望被应用在全息㊁激光显示㊁集成光子学㊁生物与化学传感以及生物医学成像等方面.更为有趣的是,由于特有的球形结构,除了基于胆甾相液晶光子带隙的分布反馈(D i s t r i b u t e d f e e d b a c k,D F B)激光外,诸如回音壁模(W h i s p e r i n gg a l l e r y m o d e,WGM)激光和分布布拉格反射(D i s t r i b u t e dB r a g g r e f l e c t i o n,D B R)模式激光同样可以在该结构中被观测到.因此,本文中将重点介绍近年来与胆甾相液晶液滴及多重核壳微结构中的激光行为相关的工作.２㊀微流控制备技术通过将少量的胆甾相液晶分散在不相溶的液体中,并使用如机械搅拌㊁超声和振荡等乳化方式,可以在短时间内得到大量的单重胆甾相液晶乳液.在该过程中,所选取的液体除了需要满足互不相溶的要求外,往往还起到界面稳定与诱导液晶取向的作用.比如,常见的甘油和聚乙烯醇(P V A)能够为界面处的液晶分子提供平面锚定条件,从而使胆甾相液晶的螺旋轴沿着径向排列.然而,通过上述方法得到的单重乳液往往尺寸上不均匀,且形态难以控制.尤其在制备多重乳液的过程中,往往需要进行多步的乳化过程,而前一步得到的乳液的多分散性(P o l y d i s p e r s e d)会进一步影响后续乳液的尺寸和形态,因此,得到单分散(M o n o d i s p e r s e d)的多重乳液将变得尤为困难.微流控技术的出现,为制备单分散的单重或多重乳液提供了有效的解决方案.常见的制备微流控芯片的材料可以是硅㊁石英㊁玻璃或是诸如聚甲基丙烯酸甲酯(P MMA)㊁聚二甲基硅氧烷(P D M S)等有机聚合物[１９Ｇ２０].而硅㊁石英和玻璃这类材料具有良好的化学惰性和热稳定性,且具有良好的可重复使用性,因此常常被用在制备单重的胆甾相液晶乳液与多重的核壳微结构乳液上.尤其是W e i t z课题组发明的基于同轴聚焦流(C o a x i a l f l o wＧf o c u s i n g)乳化的玻璃毛细管微流控装置,更是在制备多重乳液的胆甾相液晶核壳微结构中得到了广泛的应用[２１].制备单重乳液胆甾相液晶液滴的玻璃毛细管装置图如图１(a)所示,装置左端的注射管和右端的收集管是由外径相同的玻璃毛细圆管经过拉锥(t a p e r e d)形成的,且收集管的锥口口径大于左侧注射管的口径.同时,将注射管和收集管嵌套在内径与圆管外径相同的方管中,由于三者之间的尺寸匹配关系,此时三者将同轴.在制备单重乳图１㊀制备单重(a),双重(b)以及三重(c)乳液的同轴玻璃毛细管微流控装置示意图[２２Ｇ２３].F i g．１㊀S c h e m a t i cd i a g r a m o fc o a x i a l g l a s sc a p i l l a r ym i c r o f l u i d i c s e t u p s f o r p r o d u c i n g s i n g l e(a),d o u b l e(b)a n d t r i p le e m u l s i o n s(c)[２２Ｇ２３]．液的过程中,胆甾相液晶在微流泵的推动下,由左侧的发射管注入装置中,而作为外相的水相溶液则由发射管与外侧方管间的间隙注入,形成同轴流体并破碎成壳形成液滴.而制备双重乳液(D o u b l e e m u l s i o n)的装置与制备单重乳液的装置类似,如图１(b)所示.内相液体同样从左侧的发射管注入,中间相液体从发射管与方管间的间隙注入,而外相液体则由收集管与方管间的间隙９９６第７期㊀㊀㊀㊀罗炜程,等:胆甾相液晶多重乳液微结构激光特性的研究进展反向注入,从而形成三相的同轴流体,并最终形成双重乳液.值得注意的是,相邻相的液体之间需要满足互不相溶的特点.因此,通过该装置可以制备出以胆甾相液晶作为中间相球壳的W/O/W 结构或是以胆甾相液晶作为内相球核的O/W/O结构的双重乳液.而在制备更为复杂的三相乳液(T r i p l e e m u l s i o n s)的过程中,改进的装置则是在左侧已有的注射管中再嵌入一根直径与锥口口径更小的毛细玻璃圆管,同样地,该圆管需要经过校准以满足与其他圆管同轴的要求,如图１(c)所示.因此,通过该装置可以制备出将胆甾相液晶作为内相球核和最外相球壳的O/W/O/W结构的三重乳液.除了可以获得单分散特性外,采用微流控制备技术的另一优点是制备出来的乳液尺寸可控.各相的尺寸除了与流体本身的粘度㊁相邻液相之间的表面张力相关外,玻璃毛细管的直径㊁锥口的口径以及各相的流速都可以用来调整制备出来的液滴与壳的尺寸.其中,从同轴流体形成液滴的过程与R a y l e i g hＧP l a t e a u不稳定性相关,此时,在界面张力和外相液体剪切力的共同作用下,同轴流体通过破碎成壳减小了总体的表面积,从而形成了稳定的液滴.而胆甾相液晶的粘滞性高,因此通常会导致射流(J e t)的产生.在不同的流速条件下,形成过程可基于滴落(D r i p p i n g)或喷射(J e t t i n g)机制[１２,２１].在较低的流速下,其形成机制与滴落相关,此时,各相流体的速度剖面大致上是平坦的,射流的成长时间大于流体的切断(P i n c hＧo f f)时间,一旦射流直径足够大时,就会在R a y l e i g hＧP l a t e a u不稳定性的驱动下形成液滴.因此液滴或球壳在收集管的入口处产生,直径随着流速的增加而减小,且直径趋近于锥口的口径.而当流速超过阈值时,其形成机制则转变为喷射,流体间粘度差导致两相流体之间的流速不同,其速度剖面呈现出抛物线形的层流状态,并使界面处的粘性应力增大,抑制了R a y l e i g hＧP l a t e a u不稳定性,射流的成长时间小于流体的切断时间,导致乳液在收集管内产生.此时,乳液的生成频率下降,且尺寸大于射流的尺寸,并随着流速的增加呈现出不连续的增大.在制备多重乳液过程中,多种流体同轴流动,每一相流体都可以基于上述两种机制之一形成液滴或球壳.尤其当内相与中间相液滴形成的相对速度接近时,且同时为滴落机制或喷射机制时,可以保证产生的多重乳液中只含有一个内核.U c h i d a等人研究了流速对制备出来的胆甾相液晶球壳尺寸的影响,并进一步研究了球壳厚度对液滴光子带隙的影响[２４].除了上述方法外,制备出的液滴及多重乳液的结构及尺寸同样可以通过交变电压㊁添加特定溶剂以及渗透压的作用来调节[２５Ｇ２８].３㊀核壳微结构的激光特性研究３．１㊀单重乳液胆甾相液晶液滴的激光特性对于平面态的胆甾相液晶而言,在垂直于螺旋轴的方向上呈现出一维的光子带隙,其结构示意图如图２所示.此时,通过掺杂有机染料,并在合适的光泵条件下,带边激光将沿着垂直于螺旋轴方向出射.类似的,胆甾相液晶液滴中的带边激射行为的研究也同样基于该原理展开.图２㊀胆甾相液晶的结构示意图[２]F i g．２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f c h o l e s t e r i c l i q u i dc r y s t a l s[２]胆甾相液晶液滴中的激光行为由H u m e r和M uše v i㊅c首次提出[２９].通过将掺杂有染料的胆甾相液晶与甘油混合,由于两者之间的不相混溶的特性,能够自发地形成直径为１５~５０μm的胆甾相液晶液滴.同时,甘油能够诱导界面处的液晶分子的平行取向,因此,在自组装的作用下,液滴内的螺旋轴将沿着径向排布,在径向方向上产生了折射率的周期性调制,从而形成了布拉格 洋葱 谐振腔(B r a g g o n i o nr e s o n a t o r),液晶分子的排列结构示意图如图３(a)所示.当泵浦光的能量大于阈值(t h r e s h o l d)时,可以在液滴的中心观测到明亮的红色激光光斑,且随着泵浦能量的进一步增强,亮度得到了显著的增强.同时,随着液滴尺寸的增大,阈值将进一步降低.此外,如图３(b)所示,通过对比液滴的激射谱与相同样品的平面态(P l a n a r s t a t e)的反射谱可以发现,其激射００７㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷㊀波长位于反射带的带边,可以推断这是一种典型的带边激射现象.且在整个立体角范围内,激射光的强度具有极高的均匀性.更重要的是,液晶的螺距仍然受到外界温度的影响,在温度改变的条件下,激射波长也会发生对应的移动,因此,这种三维全向发射的微激光器有望被用在远程非接触式的自主的温度传感器上[３０].图３㊀(a)表面平行取向下胆甾相液晶液滴内液晶分子的排列示意图;(b )胆甾相液晶液滴的激光谱与相同配比的液晶混合物的平面态反射谱[２９].F i g ．３㊀(a )S c h e m a t i cv i e w o ft h ea r r a n ge m e n tof C L C m o l e c u l e s i nac h o l e s t e r i cm i c r o d r o p l e t w i t h p a r a l l e la n c h o r i ng at t h es u r f a c e ;(b )L a s i n g s p e c t r u m o faC L C d r o pl e ta n dt h e r e f l e c t a n c e s pe c t r u mof t h e p l a n a r s t a t ew i t h t h e s a m eC L C m i x t u r e[２９]．通过改变温度可以实现对胆甾相液晶液滴的激光波长的调节,同样,在样品中添加光敏的偶氮手性剂(A z o Ｇc h i r a ld o p a n t ),通过光控的方式来调整出射的激光波长也是一种可行的方式.李佳荣团队通过在C L C 液滴中添加偶氮手性剂,在弱紫外光(U l t r a v i o l e t ,U V )及强紫外光条件下,分别实现了激光波长的可调性和开关切换[３１].如图４(a )所示,在强度为４７２μW /c m ２的弱紫外光照射条件下,偶氮手性分子以较低的速率发生光致异构化,导致螺距的缓慢增大,从而使激光的波长在０~２０m i n 内从５６３n m 红移到５８６n m 处.相对地,在强度为２ ８mW /c m ２的强紫外光条件下照射５s 后,大量的偶氮分子迅速发生光致异构化,严重破坏了内部液晶分子排列的有序性,引起激光强度的迅速下降.此后,在强度为２．０３mW /c m ２的强蓝光(波长为４４２n m )条件下照射３０s 后将发生相反的异构化过程,重构内部的分图４㊀染料掺杂胆甾相液晶液滴在(a)弱紫外光条件下的激光波长随时间的变化曲线及(b )强紫外光和强蓝光条件下的激光强度可切换性及重复性曲线[３１].光敏胆甾相液晶乳液的(c)光调谐过程中的激光光谱及(d)长带边随照射时间的变化曲线[３２].F i g ．４㊀(a )V a r i a t i o no f t h e l a s i n g w a v e l e n gt hw i t h i n Ｇc r e a s i n g i r r a d i a t i o nt i m eu n d e rw e a k U Vl i gh t ;(b )S p e c t r u mo f l a s e r i n t e n s i t y Ｇs w i t c h a b i l i t ya n d r e p e a t ab i l i t y u n d e rs t r o n g U Vl i g h ta n ds t r o n gb l u e l i g h t o f ad y e Ｇd o p e dC L C m ic r od r o pl e t [３１];(c )L a s e rs p e c t r u m d u r i n g t h e p h o t o Ｇt u n i n g ;(d )L o n g w a v e l e n g t h b a n d Ｇe d ge v e r s u s i r r a d i a t i o nt i m eof p h o t o r e s po n s i v eC L Ce m u l Ｇs i o n [３２]．子排列,因此激光的强度再次上升,实现了激光的开关切换,该过程如图４(b )所示.实验还证明这种激光强度的开关切换过程具有良好的重复性.郑致刚等人通过将含有光敏手性剂的胆甾相液晶乳液涂覆在单层的基板上,实现了宽调谐范围的光可调激光[３２].如图４(c )所示,在强度为９．２mW /c m ２的紫外光(波长为３６５n m )照射下,该激光波长在５０s 内从５６６n m 红移到５７８n m 处,波１０７第７期㊀㊀㊀㊀罗炜程,等:胆甾相液晶多重乳液微结构激光特性的研究进展长的可调谐范围达到了１１２n m ,且在强度为７．３mW /c m ２的可见光(波长为４８０n m )照射下,波长在５５s 内从５７８n m 处蓝移到起始的５６６n m 处,证明该过程是可逆的.此外,作者还从分子尺度上对这种波长调整机制做了详细地研究.更重要的是,如图４(d )所示,长带边的位置随照射时间的变化基本上是连续的,只有少量的地方出现了不明显的跳跃,这意味着,在光调谐过程中,激射的波长是准连续(Q u a s i Ｇc o n t i n u o u s )的,这是通常的平面取向盒中无法达到的.除了上述所提到的带边激光外,胆甾相液滴中还存在着另一种特殊的激光模回音壁模式.回音壁模的产生需要借助光的全内反射(T o t al图５㊀(a )泵浦光㊁D C M 荧光及胆甾相液晶液滴的激光发射归一化强度谱[３８];(b)胆甾相液晶液滴的激光光谱随温度的变化曲线[３９].插图:TM １１７５模的激光波长随温度的变化曲线.F i g ．５㊀(a )N o r m a l i z e di n t e n s i t y s p e c t r u m o f p u m p l a s e r ,D C Mf l u o r e s c e n c ea n d l a s i n g em i s s i o n f r o m a C L C m i c r o d r o p l e t [３８];(b )L a i n gs p e c t r u ma s a f u n c t i o n o f t e m pe r a t u r e [３９]．I n Ｇs e t :t e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o ft h el a s i n gw a v e l e n g t ho f t h em o d eTM １１７５．i n t e r n a l r e f l e c t i o n ,T I R ).实际上,在前述的工作中,通过采用折射率更高的外相溶液(如甘油)来抑制回音壁模的产生.基于向列相液晶液滴中的回音壁模式激光已有不少的工作基础[３３Ｇ３７].李寒阳和刘永军等团队则对空气环境中胆甾相液晶液滴中的回音壁模式激光做了详细的研究[３８Ｇ４０].如图５(a )所示,通过采用５３２n m 的激光对直径~１７μm 的染料掺杂胆甾相液晶液滴直接耦合泵浦,在染料的荧光谱的范围内可以观测到多峰的回音壁模式的激光输出.类似的,如图５(b )所示,回音壁模激光的波长同样受到温度的调控.带边激光波长的移动通常是由于螺距的改变引起的.然而,在该研究中,由于折射率受到温度的调控,从而使光程发生变化而引起波长的移动,同样可以作为温度传感器使用.如图５(b )中的插图所示,TM １１７５模的波长随温度的变化是线性的,且热灵敏度约为０．９６n m/ħ.除此之外,与单独研究一个胆甾相液晶内的激光行为不同,罗丹等人还研究了多个胆甾相液滴之间由于多重散射(m u l t i p l e s c a t t e r i n g )而引起的随机激光现象[４１].３．２㊀双重乳液胆甾相液晶核壳微结构的激光特性㊀㊀U c h i d a 等人最先制备出可以产生激光发射的双重乳液(W /O/W )胆甾相液晶核壳微结构.其结构示意图如图６(a)所示[４２].在该结构中,外相的球壳由胆甾相液晶构成,而最内相和最外侧的水相溶液均是含有１０％P V A 的水溶液.水相溶液在稳定双重乳液的同时,也为胆甾相液晶两侧提供平面锚定条件.而该结构的一个重要特点是,通过在内核的水相溶液或外壳的胆甾相液晶中添加亲水(H y d r o ph i l i c )或疏水(H y d r o p h o b i c )的有机染料,可以实现不同模式的激光输出.如图６(b )所示,在侧向泵浦条件下,当在内相的P V A 水溶液中添加有机染料若丹明B 时,在５１０n m 的泵浦光下,产生了中心波长为６１９n m 的D B R 模式激光.此外,如图６(c )所示,若在胆甾相液晶的球壳中添加另一种有机染料D C M ,在４５０n m 的泵浦光作用下,可以在５６６n m 和６４０n m 附近处分别产生单峰的D F B模式激光和多峰的激光,作者认为,多峰应该与球腔的回音壁模式激光有关.本课题组通过在胆甾相液晶球壳中添加新型的可见光驱动手性分子,实现了具有 光泵浦Ｇ自２０７㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷㊀图６㊀(a)含有胆甾相液晶球壳的水/油/水双重乳液的结构示意图;(b)溶解在水相中的若丹明B染料及胆甾相液晶球壳的D B R模式发射谱;(c)溶解在液晶中的D C M染料及胆甾相液晶球壳的D F B模式发射谱.(b)和(c)中的插入图分别表示胆甾相液晶球壳在６１９n m和５６６n m处的D B R模式和D F B模式激光强度随泵浦能量的变化曲线[４２].F i g．６㊀(a)S c h e m a t i c o f aW/O/Wd o u b l e e m u l s i o n sw i t haC L Cs h e l l;(b)E m i s s i o ns p e c t r u m o fr h o d a m i n eB d i s s o l v e di n w a t e ra n da C L Cs h e l l o fD B R m o d e;(c)E m i s s i o ns p e c t r u mo fD C M d i s s o l v e d i nC L Ca n daC L Cs h e l l o fD F B m o d e．T h e i n s e t i n(b)a n d(c)s h o wt h ee m i s s i o ni n t e n s i t y a saf u n c t i o no f p u m p i n ge n e r g y a t w a v e l e n g t h o f６１９n mf o r D B Rm o d ea n d５６６n m f o r D F B m o d e o f C L Cs h e l l s,r e s p e c t i v e l y[４２]．调谐 (P u m p i n gＧs e l fＧt u n i n g)特性的核壳微结构[４３].在第一次泵浦能量下,该结构产生了波长为５９６．６n m的D F B模式激光,有趣的是,泵浦光不仅会激发其中的染料分子,同样也会导致光敏手性分子发生异构化,因此,随着泵浦次数的增加,激射的波长逐渐红移到６４０n m处,该过程如图７(a)所示.此外,我们还研究了波长的移动速度与泵浦能量和泵浦时间间隔间的关系.如图７(b)所示,更短的泵浦时间间隔和更强的泵浦能量均能加快波长的移动速度,然而,波长的移动范围始终维持在约５９０~６４０n m之间,证明其移动范围只与泵浦光的波长相关.同时,通过将样品放置在黑暗的环境中１２h,激射波长能够回到其初始位置.因此,该结构有可能被应用在特征识别及传感上.通过在W/O/W双重乳液的内核水相中添加F e３O４磁性纳米粒子,本课题组展示了一种非侵入式(n o n i n v a s i v e)的磁性可移动的微激光器[４４].图７㊀(a)不同泵浦次数下的光响应胆甾相液晶球壳的激光波长变化;(b)不同泵浦能量的不同泵浦时间间隔下的激光波长变化[４３].F i g．７㊀(a)V a r i a t i o n o f l a s i n g w a v e l e n g t h o f C L C s h e l l sa f t e rd i f f e r e n t p u m p i n g t i m e s;(b)S h i f t o fl a s i n g w a v e l e n g t h a f t e r d i f f e r e n t p u m p i n gi n t e r v a l sw i t hd i f f e r e n t p u m p i n g e n e r g y[４３]．３０７第７期㊀㊀㊀㊀罗炜程,等:胆甾相液晶多重乳液微结构激光特性的研究进展基于 水Ｇ油不相溶 的特性,内核水相中的磁性粒子难以进入外层胆甾相液晶球壳的增益物质中,因而不会对激光性能造成明显的影响.由于胆甾相液晶所采用的手性剂的螺旋扭转力(H e l i c a l t w i s t e d p o w e r ,H T P )对温度敏感,因此,随着温度从２８ħ升高到３２ħ,激光的波长从６３７n m逐渐蓝移到５９０n m ,如图８(a)所示.此外,我们研究了球壳的厚度对激光阈值的影响.如图８(b )所示,当壳厚从１２μm 增大到２４μm 时,增益随着壳厚的增大而增大,因而激光阈值逐渐降低,当进一步增大壳厚时,所增加的增益不能够明显地补偿增加的损耗,因而阈值无法进一步显著降低.图８㊀(a)磁性可移动的胆甾相液晶球壳的激光波长随温度的变化曲线;(b )激光的阈值与球壳厚度间的关系图;(c)球壳在磁场作用下的二维六边形排列的显微图[４４].F i g ．８㊀(a )V a r i a t i o no f t h e l a s i n g w a v e l e n g t ho fm a gＧn e t i c a l l y t r a n s po r t a b l eC L Cs h e l l sw i t hd i f f e r e n t t e m p e r a t u r e s ;(b )L a s i n g t h r e s h o l dv e r s u st h e t h i c k n e s so fs h e l l s ;(c )M i c r o p h o t o g r a p h o f s h e l l s p a c k e d i n t o t w o d i m e n s i o n a l h e x a go n a l a r Ｇr a y s u n d e rm a gn e t i c f i e l d s [４４]．该结构中的最显著特点是磁性可移动性,如图８(c)所示,在磁场的控制下,双重乳液的核壳微结构实现了二维六边形的紧密排列.虽然在强磁场作用下可能会破坏该结构,但是通过增加球壳厚度的方法能够增加其稳定性,且在磁场作用下发生变形的乳液在移去磁场后能够自动恢复为原有的状态.同时,在该工作中,我们还通过建立模型分析了球壳的移动速度与最外相的溶液浓度及内核的直径间的关系.理论和实验结果均表明,较高的连续相溶液浓度和较小的内核直径均会导致移动速度的下降.此外,使用磁性笔可以将胆甾相液晶微球壳排列成更为复杂的几何图形[２２].这种磁性可移动的微激光器为微通道内的可控制照明及新型的防伪识别提供新的可能.如前所述,在胆甾相液晶核壳微结构中可能存在D B R (即法布Ｇ珀罗,F a b r y ＧP ér o t ,F P )㊁D F B 及WGM 三种模式的激光,因此,本课题组进一步研究了在端面泵浦下这３种激光模式行为及模式之间的竞争关系[４５].如图９(a )~(c)所示,在不同的泵浦光束直径下,出现了不同的激光模式.当泵浦光束直径为１．２mm 时,出现了单峰的激光,且激光的波长与胆甾相液晶的长带边吻合,应该对应于D F B 模式激光.当泵浦光束直径扩大到４．５mm 时,在D F B 模式激光的两侧均有不同模式的激光产生,右侧多峰的激光模式位于增益的最大处,对应于WGM 模式.而左侧的激光模式则位于胆甾相液晶的禁带内,对应的模式最可能为F P 模式,在该结构中,产生该模式的F P 腔的模型如图９(d )所示.而当进一步增大光束直径时,D F B 模式的激光消失,F P 及WGM 模式激光得到了增强,可见,３种激光模式间存在着竞争关系.通过改变温度调节胆甾相液晶的反射带位置时,我们发现,D F B 模式和F P 模式的激光波长的移动方向与反射带的移动方向一致,且两种模式的激光波长始终位于长带边位置和光子带隙内.如图９(e )~(g )所示,除了已有的样品,我们选取了胆甾相液晶液滴及在已有样品的水相内核中加入聚苯乙烯(P o l y s t y r e n e ,P S )纳米粒子的样品进行观测对比.可以看到,前者液滴不存在F P腔结构,而后者引入的纳米粒子导致光的散射,增大了F P 腔内的损耗.在这两个样品中均抑制了F P 型激光的产生,验证了之前的模型.此外,我们还通过渗透压作用调控核壳微结构的尺寸及胆甾相液晶球壳的厚度,对不同的激光模式的产生进行了调控.对不同尺寸下的自由谱宽(F r e e s p e c t r a l r a n ge ,F S R )的计算也进一步证实了WGM 模式激光的存在.４０７㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷㊀。

胆甾相液晶结构以胆甾相液晶结构为标题，我们来探讨一下液晶胆甾相的结构特点和相关应用。

液晶是介于固体和液体之间的物质状态，具有流动性和有序性。

液晶分为多种相，其中胆甾相是一种常见的液晶相。

胆甾相是由胆甾状分子组成的液晶相，其分子结构类似于胆固醇，具有胆固醇的骨架结构和一些取代基团。

胆甾相液晶在生物体系中很常见，也在液晶显示器等领域有广泛应用。

胆甾相液晶的分子结构具有一定的特点。

胆甾分子通常由四个环状结构组成，其中有三个环状结构呈现扁平形状，而第四个环状结构则呈现柱状形状。

这种分子结构使得胆甾相液晶具有一定的流动性和有序性。

胆甾相液晶中的分子排列呈现出一种有序的结构，分子的长轴在一定的方向上排列，而短轴则垂直于这个方向。

这种有序结构使得胆甾相液晶在外加电场或温度变化等外界因素的作用下表现出不同的光学性质。

胆甾相液晶具有许多特殊的性质和应用。

首先，胆甾相液晶的分子结构使其具有较高的电光效应。

在外加电场的作用下，胆甾相液晶分子会发生取向改变，从而改变液晶的光学性质。

这种特性使得胆甾相液晶广泛应用于液晶显示器中。

液晶显示器利用胆甾相液晶的电光效应来控制像素的亮度和颜色，实现图像的显示。

此外，胆甾相液晶还可以用于制备光学薄膜和光学元件，用于调节光的传输和偏振。

胆甾相液晶的分子结构使其具有较高的热稳定性。

胆甾相液晶的分子排列结构可以保持在一定的温度范围内稳定，不易发生相变。

这种热稳定性使得胆甾相液晶在高温环境下仍能保持液晶状态，具有一定的应用潜力。

例如，在高温液晶显示器和光学器件中，胆甾相液晶能够承受较高的温度和环境条件，保持其性能和稳定性。

由于胆甾相液晶分子结构的特殊性，胆甾相液晶还具有一些其他的特殊性质和应用。

例如，胆甾相液晶可以用于制备新型的功能性材料，如胆甾相液晶高分子材料和液晶-胆甾相复合材料。

这些材料具有独特的物理和化学性质，可以应用于光学器件、传感器和生物医学领域等。

胆甾相液晶具有独特的分子结构和一系列特殊的性质。

光致形变液晶的特性研究及其应用探索光致形变液晶是一种光响应型智能材料,能够在外界光照条件的刺激下改变自身性质。

这种材料具有安全、安保、可控性强等优点,有着广阔的应用空间。

将具有光敏性偶氮苯基团的手性材料引入到液晶基体中,可以使混合得到的液晶材料也具有光响应性,从而赋予传统材料特殊的新性能。

本文以偶氮类光致形变胆甾相液晶为研究对象,从理论上详细分析了胆甾相液晶的光学特性、偶氮化合物的光致异构化与光致取向及其对液晶的作用。

研究内容包括研究偶氮类光致形变液晶的基础性质,研究并对比了偶氮类光致形变液晶显示器件的电-光特性和光-光特性测试,利用材料的光响应特性在液晶光栅和液晶光信息存储等方面进行了探索。

首先,将偶氮化合物掺杂到胆甾相液晶中配置成混合液晶材料,验证了材料的光敏特性。

制备偶氮类光致形变液晶显示器件,研究器件的电-光特性。

对器件施加电场,随着电场强度的增加,器件会从初始的半透明态进入散射态,最终在高压时变成透明态。

电场作用下的整体变化趋势与胆甾相液晶器件基本一致,但是阈值电压等参数随着偶氮化合物浓度的增加有不同程度的减小,且散射态效果更好。

其次,研究了偶氮类光致形变液晶显示器件的光-光特性。

先验证液晶主体的紫外光稳定性,并排除盒厚对器件光学性能的影响。

偶氮苯分子通常以棒状的反式异构体存在,在紫外光照下发生异构化变成弯曲状的顺式异构体,这种光致顺反异构化进而影响液晶分子的排列。

实验结果表明,器件在低强度紫外光照射下(秒量级),光谱透过率的变化集中在300~450nm波段;器件在高强度紫外光照射下(分钟量级),530~780nm波段的光谱透过率更为明显。

由于偶氮苯分子能够自然弛豫成反式异构体,因此紫外照射后的器件能缓慢恢复到初始状态。

使用480nm激光照射器件,偶氮苯分子快速从顺式异构体逆变换成反式异构体,因此器件迅速恢复到初始状态。

实验进一步验证器件在紫外光和可见光激发下的可逆变换,具有良好的可重复性。

应用于胆甾型液晶显示垂直取向技术的研究的开题报告1. 研究背景液晶显示技术是目前最为普及的平面显示技术，其中，胆甾型液晶显示技术因为具有低功耗、反应速度快、分辨率高等优势，被广泛应用于各类平面显示领域。

然而，传统胆甾型液晶显示器的发展已经接近瓶颈，主要体现在局限于垂直取向技术中无法实现高速响应和真黑背景的显示效果。

因此，为了解决这一问题，对于胆甾型液晶显示器的垂直取向技术的研究显得格外重要，可以从根本上提高胆甾型液晶显示器的性能，推动液晶显示技术的发展。

2. 研究目的本研究旨在针对胆甾型液晶显示器垂直取向技术进行研究，从而提高其显示性能。

具体目标包括：（1）探究胆甾型液晶分子在不同液晶材料上垂直取向的机理，寻找适合快速响应的液晶材料。

（2）改进胆甾型液晶显示器的电极结构，提高垂直取向的稳定性和响应速度。

（3）验证所研究的垂直取向技术对于胆甾型液晶显示器在显示效果、功耗等方面的提升效果。

3. 研究方法本研究采用实验与仿真相结合的方法进行研究。

具体包括：（1）依据液晶分子的特性和胆甾型液晶显示器的工作原理，采用计算机模拟方法设计不同结构的胆甾型液晶显示器。

（2）使用原子力显微镜（AFM）等仪器观察材料表面的形态，探究不同液晶材料对液晶分子垂直取向的影响。

（3）运用电学测试仪器，对所设计的胆甾型液晶显示器进行电学测量和响应时间测试。

（4）搭建实验平台，对所研究的垂直取向技术进行验证实验，评估其对于胆甾型液晶显示器的显示性能提升效果。

4. 预期结果预期结果为：（1）探究出一些适合胆甾型液晶显示器垂直取向的液晶材料，并找到改进胆甾型液晶显示器电极结构的方法，从根本上提高胆甾型液晶显示器的垂直取向性能。

（2）验证所研究的垂直取向技术对于胆甾型液晶显示器在显示效果、功耗等方面的提升效果，进一步提高胆甾型液晶显示器的应用价值和市场竞争力。

5. 研究意义（1）为胆甾型液晶显示器的垂直取向技术研究提供了新的思路和方法，为液晶显示技术的研究和推广提供了一定的思想指导和技术支持。

选择性反射胆甾相液晶研究进展1. 引言1.1 胆甾相液晶的概念胆甾相液晶（cholesteric liquid crystals）是一种特殊的液晶相态，其分子排列呈现螺旋状结构。

在胆甾相液晶中，分子的排列沿着一个共同的轴线呈现螺旋结构，这种排列方式与普通液晶相不同，使得胆甾相液晶具有特殊的光学性质和物理特性。

胆甾相液晶的分子排列结构可以通过改变温度、外加电场或是其他外界条件来调控，从而实现对液晶性质的调控。

胆甾相液晶具有可逆性和响应性强的特点，使得其在光电领域、生物医学领域、光学传感领域等方面展现出广阔的应用前景。

1.2 选择性反射胆甾相液晶研究意义选择性反射胆甾相液晶是一种特殊的液晶形态，具有结构独特、性质特殊的特点。

由于其在光学、生物医学和显示领域的潜在应用价值，引起了广泛的研究兴趣。

选择性反射胆甾相液晶具有高度的选择性反射性能，可以根据不同波长的光线选择性地反射或透射，具有潜在的光学器件应用前景。

选择性反射胆甾相液晶在生物医学领域也具有重要的应用价值，可以用于制备高灵敏度、高分辨率的生物传感器或药物释放系统。

在液晶显示领域，选择性反射胆甾相液晶的高对比度、快速响应速度和低功耗特性，使其成为下一代高画质、低功耗液晶显示技术的有力竞争者。

对选择性反射胆甾相液晶的研究不仅可以拓展液晶材料的应用领域，还能为光电子学和传感器技术的发展提供新的思路和方法。

通过深入研究选择性反射胆甾相液晶的形成机制和性质特点，可以为该领域的进一步发展提供重要的理论基础和实验依据。

2. 正文2.1 选择性反射胆甾相液晶的形成机制选择性反射胆甾相液晶的形成机制是指在特定条件下，胆甾相液晶中的分子在光的作用下出现反射性质的现象。

这种反射性质的形成主要是由于液晶分子的排列结构和光的入射角度等因素相互作用所致。

胆甾相液晶是一种特殊的液晶相，其分子结构具有一定的对称性和有序性。

在液晶相中，分子通常会以一定的方式排列成特定的结构，形成有序的分子排列。

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。