向列相液晶在自组装膜上取向的研究

通过在具有微米级沟槽(一个沟槽周期5μm)的玻璃基底上进行平面镀金,制备了具有相同沟槽周期的Au膜;并在Au膜上制备Cu2 修饰的巯基十一酸自组装敏感膜。向列相液晶5CB在Au膜基底上呈平行于Au膜沟槽的沿面排列;5CB在自组装敏感膜表面上的取向排列方式为垂直排列。通过检测甲基膦酸二甲酯时液晶织构的变化,表明5CB的取向排列方式由垂直排列转变为倾斜排列,并阐明了液晶型化学传感器的作用机理。首次证实以微米级沟槽状Au膜为基底制作的液晶型化学传感器可以用于检测目标化合物。     

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。     

偏振光下向列相液晶(5CB:C60)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。     

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。     

原子力显微镜对液晶显示器件基板表面结构的研究

本文通过原子力显微镇观测了附着在ITO玻璃上的液晶取向剂聚乙烯醇膜的表面形貌。同时作为对比实验,观测了ITO玻璃和载玻片的表面形貌。ITO膜层是由直径大约100nm的球形颗粒或无规则颗粒簇组成,聚乙烯醇的构造相对致密,而三者之中载玻片的表面最光滑.将这三种材料表面分别作轻重摩擦两种处理,重新用原子力显微镜观察.轻摩擦者看不到任何摩擦痕迹,唯有重摩擦过的聚乙烯醇表面和载玻片表面,出现摩擦沟痕.ITO表面由于硬度高且粗糙,没有观测到摩擦沟痕。将表面摩擦过的各种材料基板作夹心式液晶盒。在偏光显微镜下观察,向列相液晶5CB(pentycyanobiphenyl)均能很好地定向排列,显现平行排列的单畴图象。说明:a、100nm左右的粗糙程度不破坏5CB这样分子尺寸的液晶排列;b、分子尺寸的摩擦痕迹在液晶排列过程中起到关键作用;c、由于实验用的基板表面是由不同材料构成,且摩擦后均使5CB液晶取向排列,所以排列机理应与表面分子结构无关。     

表面混合排列取向对全息聚合物分散液晶光栅电光特性的影响

在液晶盒的上下基板表面分别旋涂平行和垂直取向剂形成HAN液晶盒,将具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合,注入液晶盒,进行全息曝光,形成布拉格光栅.实验结果表明,光栅的驱动电压从9.2 V/μm降到5.7 V/μm,同时衍射效率也从83%上升到98.4%.分析认为,上下基板取向剂对液晶分子进行了取向,在提高相分离程度的同时也改善了富液晶区域的分子排列,从而实现了光栅电光特性的改善.     

液晶的表面增强拉曼散射

应用表面增强拉曼散射(SERS)技术,对液晶5CB分子在银、金纳米粗糙电极表面的取向进行研究.结果表明液晶5CB分子在银、金电极表面具有不同的取向,揭示了液晶5CB分子与银和金的表面原子之间的相互作用是不一样的,说明了液晶在基体表面的取向是由液晶分子与基体表面原子的相互作用导致的.对液晶5CB的表面增强拉曼光谱的实验特性、应用及其机理作了较全面的研究,并给出了如何应用表面增强拉曼光谱来确定液晶分子在基体表面的取向.在对实验结果进行分析的基础上,得出了5CB在银电极表面成近似垂直取向,而在金电极表面成较复杂取向的结果.     

CdS纳米粒子掺杂的液晶显示器件的低开启电压和频率调制特性

降低能耗对于液晶显示器件,尤其是移动显示尤为重要.在本研究中,3 nm 和 5 nm 两种不同尺寸的 CAS 纳米粒子被用来掺杂入 5CB 液晶材料.掺杂浓度分别为 0.1 wt%和 0.2 wt%.掺杂所得到的液晶显示器件的开启电压由于纳米粒子的影响而被降低,最多可达到25%.并且,相比于前期报道的金属纳米粒子掺杂的液晶显示器件,CdS 纳米粒子显示出稍弱的频率调制特性.     

激光诱导向列相液晶分子重新取向的研究

用液晶分子运动的动力学方程,求出了激光诱导向列相液晶分子重新取向的取向角、折射率改变、阈值场强和上升时间的近似表达式。讨论了它们随液晶材料参数、激光强度和激光在液晶中传播方向的变化,进行了数值计算。给出了激光能诱导向列相液晶分子重新取向的必备条件,得到向列相液晶的各向异性是其分子重新的取向的根本原因。     

平行平板间向列相液晶中的分子短程关联

用二粒子集团变分理论研究了平行平板间的向列相液晶系统，理论中考虑了分子短程关联。平板使得表面分子趋向于垂直平板排列。对由２０个分子层组成的液晶薄层进行了数值计算。给出了典型表面势强度下的向列相—各向同性相转变温度以及序参数对分子层的依赖关系。     

Dielectric spectroscopy of metal nanoparticle doped liquid crystal displays exhibiting frequency modulation response

Twisted nematic liquid crystal displays (TN-LCDs), doped with the nanoparticles of metal, such as Pd, Ag, or Ag-Pd, which are protected with ligand molecules, such as nematic liquid crystal, exhibit a frequency modulation (FM) electro-optical (EO) response with short response time of milliseconds (ms) or sub-ms order together with the ordinary rms voltage response. These devices are called FM/AM-TN-LCDs; they are distinct from the ordinary LCDs featured by the amplitude modulation (AM) response. The phenomena of the FM/AM LCDs may be attributed to the dielectric dispersion of a heterogeneous dielectric medium known as the Maxwell-Wagner effect. It is experimentally shown that the frequency range spreads from several tens hertz to several tens kilohertz and the spectrum is more or less centered about the dielectric relaxation frequency. We formulated a theory based on an equivalent circuit model to evaluate the dielectric relaxation frequency and the dielectric strengths; and we succeeded in explaining the dependence of the dielectric relaxation frequency on the concentration of nanoparticles and the their dielectric and electrical properties, whereas conventional theories based on electromagnetic theory are unable to explain this concentration dependence. This paper reports on the experimental results of the EO effects and the dielectric spectroscopy including the dielectric relaxation times and the dielectric strengths of nematic liquid crystal, 5CB (4-pentyl-4'-cyanobiphenyl), doped with the metal nanoparticles of I'd alone and Ag-Pd composite; and discusses how the observed dielectric relaxation frequency or dielectric relaxation time depend on the concentration of the doped nanoparticles and also their electrical and dielectric properties.     

非均匀分布的纳米银掺杂的聚合物分散液晶全息光栅等效电路建模

聚合物分散液晶全息光栅具有电场可调的特点,材料中掺杂纳米银颗粒,能够有效降低光栅的驱动电压.由于聚合动力学的影响,会造成纳米银颗粒在光栅中的非均匀分布,即纳米银在聚合物和液晶区分布含量不均匀,表现出不同的电场调控特性.通过等效电路建模的方法研究驱动电压阈值与所施加交流电场的频率之间的关系.根据Maxwell-Wagner效应建立纳米银分别被液晶和聚合物包围的等效电路模型,具体研究在液晶条纹中,纳米银含量占总纳米银比例不同的条件下,纳米银掺杂的聚合物分散液晶全息光栅的介电弛豫时间和弛豫振荡的频率数值变化,进一步调节驱动电场频率,获得更低的驱动电压阈值.通过最优驱动电场频率范围来初步确定纳米银在光栅中的分布结构,并证明纳米银颗粒集中在液晶条纹,少量分布在聚合物条纹中.     

Novel Method of Preparation of Gold‐Nanoparticle‐Doped TiO2 and SiO2 Plasmonic Thin Films: Optical Characterization and Comparison with Maxwell–Garnett Modeling

SiO₂ and TiO₂ thin films with gold nanoparticles (NPs) are of particular interest as photovoltaic materials. A novel method for the preparation of spin‐coated SiO₂–Au and TiO₂–Au nanocomposites is presented. This fast and inexpensive method, which includes three separate stages, is based on the in situ synthesis of both the metal‐oxide matrix and the Au NPs during a baking process at relatively low temperature. It allows the formation of nanocomposite thin films with a higher concentration of Au NPs than other methods. High‐resolution transmission electron microscopy studies revealed a homogeneous distribution of NPs over the film volume along with their narrow size distribution. The optical manifestation of localized surface plasmon resonance was studied in more detail for TiO₂‐based Au‐doped nanocomposite films deposited on glass (in absorption and transmittance) and silicon (in specular reflectance). Maxwell–Garnett effective‐medium theory applied to such metal‐doped nanocomposite films describes the peculiarities of the experimental spectra, including modification of the antireflective properties of bare TiO₂ films deposited on silicon by varying the concentration of metal NPs. The antireflective capabilities of the film are increased after a wet etching process.     

5CB液晶在紫外波段非线性光学效应的实验研究

采用准连续波紫外激光，研究了SCB液晶的非线性光学效应，与可见光波段相比较，5CB液晶在紫外波段有强的折射率变化，高的光子灵敏度和较快的时间响应。     

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。     

聚合物分散液晶的应用

聚合物分散液晶是液晶分子以微滴的形式分散于高分子聚合物中,所形成的性能优异的一种液晶薄膜材料。文中介绍了PDLC的3大应用领域,在大屏弯曲显示方面具有传统液晶显示技术无可比拟的优势,是制作智能玻璃的核心材料,且可用于研制性能更好的可变光衰减器、波带片、透镜和调制器等重要光学器件,并指出纳米掺杂是改进PDLC性能的研究方向。聚合物分散液晶具有广阔的应用前景,且其生产工艺简单、成本低廉,应引起国内学者足够的重视,避免未来国外形成技术垄断。     

胆甾液晶应用于P3HT∶PCBM聚合物光伏器件研究

本研究利用液晶材料的自组装特性,将胆甾醇油酸酯3β-Hydroxy-5-cholestene 3-oleate掺杂有机聚合物太阳能电池活性层P3HT:PC61BM内,制备出不同掺杂比例的光伏器件。实验结果表明,液晶掺杂质量比为0.3%时,器件的光电转换效率最高。说明液晶分子可诱导活性层材料分子在结晶过程中有序排列,减少层内分子团簇,减少活性层薄膜缺陷,形成有效的载流子传输通道。适当的掺杂比例,增大了器件并联电阻和填充因子,器件性能得到改善。     

In-situ synthesis of metal nanoparticle-polymer composites and their application as efficient interfacial materials for both polymer and planar heterojunction perovskite solar cells

A new approach for the synthesis of gold nanoparticles (Au NPs) via a simple and fast in-situ generation method using an amine-containing polymer (PN4N) as both stabilizer and reducing agent is reported. The application of the Au NPs-PN4N hybrid material as efficient interfacial layer in different types of solar cells was also explored. The synthesized Au NPs show good uniformity in size and shape and the Au NPs doped PN4N hybrid composites exhibit high stability. Amine-containing polymers are good cathode interfacial materials (CIMs) in polymer solar cells (PSCs) and planar heterojunction perovskite solar cells (PVKSCs). The performance of the PSCs with Au NPs doped PN4N CIMs is largely improved when compares to devices with pristine PN4N CIM due to the enhanced electronic properties of the doped PN4N. Furthermore, by incorporating larger Au NPs into PEDOT:PSS to enhance absorption of the light harvesting layer, power conversion efficiencies (PCEs) of 6.82% and 13.7% are achieved for PSC with PCDTBT/PC₇₁BM as the light harvesting materials and PVKSC with a ∼280 nm-thick CH₃NH₃PbI_3−xCl_x perovskite layer, respectively. These results indicate that Au NPs doped into both PEDOT:PSS and PN4N interlayers exhibited a synergistic effect in performance improvement of PSCs and PVKSCs.     

聚合物分散液晶膜的弯曲散射偏光效应

实验制备了聚合物分散液晶(PDLC)电控调光膜样品 。测试结果表明,样品散射雾度90%以上;施加电场透明透光率接近 80%;施加弯曲应力半透明最大透光率30%以上。分析了样品施加应力 后出现的弯 曲散射偏光现象,弯曲应力导致双极构型的双极连线有沿弯曲方向的大致沿面取向,使 得液晶 微滴中液晶分子有沿面大致取向,导致液晶微滴的折射率沿弯曲方向与聚合物折射率差别大 造成光散射,而沿垂直弯曲方向与聚合物折射率相等造成光透射。