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《先进光学材料》:南大陆延青团队综述光控液晶多层级超结构研究进展

已有 642 次阅读 2019-6-8 03:50 |个人分类:成果报道|系统分类:论文交流| 液晶, 超结构, 光学, 南京大学, 先进光学材料

南京大学陆延青教授团队应邀综述光控液晶多层级超结构研究最新进展,相关内容以Light-activated liquid crystalline hierarchical architecture toward photonics为题,于2019527日在线发表在《先进光学材料》上(Adv. Optical Mater. 2019, 1900393)。

微结构是连通微观与宏观两个世界的桥梁。自然界中许多奇妙的现象,如昆虫翅膀的减反特性、蝴蝶翅膀与孔雀羽毛绚丽的结构色、荷叶“出淤泥而不染”的自洁能力以及水黾“轻功水上漂”与壁虎飞檐走壁的超能力等,均源自组织内复杂而精致的多层级超结构。这种微纳尺度下有序多层级结构的嵌套在功能材料中同样发挥着至关重要的作用。液晶分子作为一种典型的软物质构筑基元,因其优异的、外场可调的组装特性而备受关注。相比机械力、声场、温度、电场、磁场等控制手段,光场作为一种非接触式的远程控制手段,呈现出更高的时空分辨率,因而在液晶超结构组装调控方面具有独特的优势。液晶分子的自组装行为是由熵变主导的,光控实现液晶微观结构的长程化有序,从而获得理想的多层级超结构一直是一项很大的挑战。近年来,各种液晶多层级超结构的制备与应用研究层出不穷,取得了很大的进展,并展现出了广阔的应用前景。

1. 光控胆甾相、近晶相、蓝相液晶多层级超结构

本进展报告主要分两个部分:

第一部分分别回顾了层状近晶相、一维螺旋胆甾相和立方晶格蓝相三类液晶中的多层级超结构,集中展示了光控液晶多层级超结构方面的最新进展。报告介绍了通过特殊处理的二维表面、三维几何结构限制以及外场刺激等操控近晶相液晶分子层的展曲形变,从而实现了对近晶相液晶中缺陷态焦锥畴阵列的尺寸、形状、朝向和晶格对称性等几何维度的操控。展示了利用图案化光取向技术和光驱动分子马达对胆甾相液晶螺旋超结构,包括螺旋轴指向、螺距大小、手性反转和周期结构旋转等,进行有规律可循的控制。蓝相液晶作为一种独特的自组装光子晶体材料,引入光取向和光敏类材料同样可以对其结构特性进行调控,进而实现各类光驱动的材料性能的改变。

第二部分讲述了这些光控液晶多层级超结构在光子学领域的具体应用实例。这些独特的多层级超结构为新型光子学元件的设计带来了全新的机会。论文展示了其在微透镜阵列、光束控制、特种光场产生与检测,以及液晶激光器等方方面面的应用。

最后,该文从材料改进、机理解释、光驱动超结构的应用等几方面对未来研究方向进行了展望。作者希望本进展报告能够为该领域的研究者提供一个近年光控液晶多层级超结构研究的主线和概况,吸引更多研究者投身该领域的研究,合力为新型智能光学材料打开一扇大门,并进一步探索更多超越光学领域的新应用,如软物质基绿色能源与生物医药,乃至微操控及微流控等诸多方面。

南京大学马玲玲博士、胡伟教授,华东理工大学郑致刚教授为本文共同一作,南京大学陆延青教授、肯特州立大学李全教授为共同通讯作者,南京大学吴赛博同学、陈鹏博士对本文亦有重要贡献。感谢自然科学基金、江苏省杰出青年学者基金、仲英青年学者项目、南京大学研究生院科研基金的资助,同时感谢人工微结构科学与技术协同创新中心、南京大学十百千工程、中央高校基本科研业务费等平台与项目的支持。



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