膽甾型液晶獨特的光學(xué)特性

膽甾相液晶也稱螺旋狀液晶,是一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)液晶相的膽甾醇衍生物(酯化物或鹵代物)以及分子內(nèi)具有不對稱碳原子的高分子化合物,它具有層狀的分子排列結(jié)構(gòu),層與層間相互平行,其分子細(xì)長,長軸具有沿某一優(yōu)先方向取向,相鄰兩層分子間的取向不同,一般相差15°左右,且該優(yōu)先方向取向在空間沿螺旋軸(光軸方向)螺旋狀旋轉(zhuǎn)。因此,各層間的取向漸變可連成一條空間扭曲的螺旋線,該液晶整體形成螺旋結(jié)構(gòu)。設(shè)膽甾相液晶的優(yōu)先方向(指向矢)為n,螺距為p,由于在液晶相中,膽甾相結(jié)構(gòu)沿指向矢方向呈周期性變化,且n和-n具有等價性,所以,其螺距周期為p/2,其典型值約為0.3μm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子線度,為可見光波長數(shù)量級。因此,膽甾相液晶分子這種周期性的螺旋結(jié)構(gòu)可對可見光產(chǎn)生布喇格(Bragg)反射,使其具有旋光性、選擇性光散射和偏振光二色性等光學(xué)特性。膽甾型液晶的光學(xué)特性02由于膽甾相液晶特殊的分子結(jié)構(gòu)以及光學(xué)的各向異性,決定了它具有晶體的旋光性、偏振光二色性和它本身特有的選擇性光散射等性質(zhì)。1、

使入射光在光前進(jìn)方向上沿指向矢n(分子長軸)方向偏轉(zhuǎn)當(dāng)光線垂直射入兩個各向同性均勻介質(zhì)時(如圖a),即使折射率不同,光線仍按原方向前進(jìn)。而對于各向異性的液晶物質(zhì),就要考慮分子軸和入射光的方向問題。如果偏振光沿光軸方向(分子長軸方向)入射時(如圖b),光仍按原方向前進(jìn)。而光在液晶中傳輸時,存在著平行于指向矢n的折射率n//和垂直于指向矢n的折射率n⊥(如圖c)，因此有v//=c///n⊥和v⊥=c⊥/n//,其中c//=ccosθ,c⊥=csinθ(c真空中光速),且光在介質(zhì)中傳輸,光速總是與折射率成反比,所以v//>v⊥,使入射光在傳播過程中沿n方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。同理,對于圖c′狀態(tài)下,v//和v⊥分別由c///n⊥和c⊥/n//決定。2、能夠改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)(線偏光、圓偏光、橢圓偏光)或改變偏振光的振動方向3、使入射的橢圓偏振光產(chǎn)生相應(yīng)的反射或透射現(xiàn)象外界條件除了引起膽甾相液晶折射率各向異性外,對其螺距也產(chǎn)生非常獨特的影響。膽甾相液晶的螺距隨外界環(huán)境(溫度、壓力、磁場、電場等)的變化而變化。膽甾相液晶的螺距對其光學(xué)性質(zhì)的影響非常重要,光透射和選擇性光散射的特性主要由其螺距決定。膽甾型液晶的應(yīng)用03膽甾相液晶分子獨特的螺旋狀結(jié)構(gòu)決定了它特殊的光學(xué)特性。選擇性光散射、偏振光二色性、旋光性、雙折射性等性質(zhì)是其他物質(zhì)所沒有的。在可見光、紅外光、電場、磁場等作用下呈現(xiàn)出在許多領(lǐng)域具有實用價值的非線性光學(xué)效應(yīng),例如紅外激光束斑顯示、溫度計、變色服飾(迷彩、偽裝)、電場檢測、磁場檢測、甚至有希望制成紅外熱像儀器件等。其廣泛的應(yīng)用前景注定了它在材料領(lǐng)域不可替代的作用,隨著材料科學(xué)的日新月異以及膽甾相液晶新材料的不斷出現(xiàn),它各方面的性質(zhì)將得到更加深入的研究,其優(yōu)良的非線性及布喇格散射等特性將給顯示領(lǐng)域帶來新的革命。1、

溫度響應(yīng)變色膽固醇的衍生物膽固醇類液晶多為膽甾相，具有很好的熱致變色性能。液晶分子在空間排列上構(gòu)成了規(guī)則的螺旋結(jié)構(gòu)，其中螺旋每旋轉(zhuǎn)360°所跨過的長度即為該種液晶的螺距。螺距的大小對溫度變化極其敏感，一般隨溫度升高而降低，對應(yīng)反射光的波長也隨之變化。在此過程中的一段溫度內(nèi)，可以反射可見光，產(chǎn)生對應(yīng)的顏色變化。2、

力響應(yīng)變色將膽甾相液晶聚合成彈性體，就會得到一種非常有趣的材料——膽甾相液晶彈性體，它結(jié)合了膽甾相的光學(xué)特性和彈性體的拉伸性。由于膽甾相液晶的螺旋結(jié)構(gòu)與彈性網(wǎng)絡(luò)之間的耦合，機械變形會改變膽甾相液晶彈性體的反射顏色，因此垂直于拉伸軸的螺距會連續(xù)地向更短的波長調(diào)諧。3、

濕度響應(yīng)變色含氫鍵的膽甾