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期待已久的新液晶相终于有了证据 精选

已有 4801 次阅读 2022-12-3 21:37 |个人分类:新观察|系统分类:海外观察

期待已久的新液晶相终于有了证据

诸平

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Fig. 1 Curved rods in nematic phase     Fig 2 Curved rods in splay-bend nematic phase

据荷兰乌得勒支大学Utrecht University, The Netherlands2022121日报道,期待已久的新液晶相终于有了证据(Evidence at last for long-awaited new liquid crystal phase)。

在科学家预测一种新的液晶相50年后,乌得勒支大学研究人员观察到了它。这些观察是在胶体棒(colloidal rods)模型系统中进行的,胶体棒是比分子大的棒状颗粒,因此更容易研究。研究人员还提供了一种使用棒状分子(rod-shaped molecules)实现材料的方法指导。例如,新相提供了对显示器和反射涂层的进一步发展感兴趣的材料特性。该团队由乌得勒大学Marjolein Dijkstra教授 Alfons van Blaaderen教授领导。相关研究结果于2022121日已经在《自然通讯》(Nature Communications)杂志网站发表——Ramakrishna KotniAlbert Grau-CarbonellMassimiliano ChiappiniMarjolein DijkstraAlfons van Blaaderen. Splay-bend nematic phases of bent colloidal silica rods induced by polydispersity. Nature CommunicationsPublished: 01 December 2022, 13, Article number: 7264. DOI: 10.1038/s41467-022-34658-y. https://www.nature.com/articles/s41467-022-34658-y

液晶显示器(liquid crystal displays简称LCDs)

液晶是一种性质介于液体和固体之间的材料。这种液晶的一个众所周知的例子是向列液晶(nematic liquid crystal)。这种材料广泛用于计算机、电话和电视的液晶显示器(LCD)。液晶的另一个应用是涂层。由液晶制成的涂层具有特殊的反射特性,因此它们可用于例如被动冷却建筑物(passively cool buildings)。

新应用(New applications)

研究人员现在首次通过实验观察到的液晶相是八字弯曲向列相(splay-bend nematic phaseFig. 2)。这是向列液晶的更复杂版本。它的特点是在形成相的弯曲胶体棒的方向上具有波浪状特征。如果科学家们成功地用分子实现这种材料,将会出现各种新的应用可能性。这是因为新相具有与我们目前所知的相不同的特性。例如,八字弯曲向列相对电场的反应不同于向列液晶。这使得这些材料适合进一步开发,例如,屏幕和其他显示器、传感器和涂层。

挫败(Frustrations)

研究人员通过几次挫败观察了新相:材料的破坏性操作。颗粒的棒状是形成液晶的原因,当它们不那么直时,颗粒就更难指向同一方向。已经预测到这种挫败会导致新相。然后通过多分散性进一步挫败粒子(赋予粒子不同的长度),此材料会变得稳定并且可以观察到预测的相。

本研究得到荷兰教育、文化和科学部政府资助的荷兰科学研究组织(NWO)引力项目(NWO Gravitation program funded by the Ministry of Education, Culture and Science of the government of the Netherlands)——荷兰多尺度催化能量转换中心(Netherlands Center for Multiscale Catalytic Energy Conversion简称MCEC)资助以及欧洲研究理事会(European Research Council简称ERC)的拨款{ European Research Council (ERC) via the ERC Consolidator Grant NANO-INSITU (grant no. 683076)European Research Council (Grant No. ERC-2019-ADG 884902 SoftML)}支持。

上述介绍,仅供参考。欲了解更多信息,敬请注意浏览原文或者相关报道

Abstract

Liquid crystal (LC) phases are in between solids and liquids with properties of both. Nematic LCs composed of rod-like molecules or particles exhibit long-range orientational order, yielding characteristic birefringence, but they lack positional order, allowing them to flow like a liquid. This combination of properties as well as their sensitivity to external fields make nematic LCs fundamental for optical applications e.g. liquid crystal displays (LCDs). When rod-like particles become bent, spontaneous bend deformations arise in the LC, leading to geometric frustration which can be resolved by complementary twist or splay deformations forming intriguing twist-bend (NTB) and splay-bend (NSB) nematic phases. Here, we show experimentally that the elusive NSB phases can be stabilized in systems of polydisperse micron-sized bent silica rods. Our results open avenues for the realization of NTB and NSB phases of colloidal and molecular LCs.




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