Selvsamlede flydende krystalarkitekturer til fotonik af blødt stof

"Blødt stof" blev først foreslået af Pierre-Gilles de Gennes i hans Nobel-modtagelsestale i 1991. Udtrykket beskriver materialer mellem vandige stoffer og ideelle faste stoffer.

Materialer af blødt stof med en bred vifte af komplekse konfigurationer, farverige mønstre, metastabile tilstande og makroskopisk blødhed har givet værdifulde inspirationer til at løse moderne udfordringer inden for både optik og fotonik. Selvsamlet flydende krystal (LC) repræsenterer et af de mest attraktive bløde stofsystemer. Dens mikrostrukturer udviser overlegne egenskaber med nem fremstilling, finjustering, høj fleksibilitet og bemærkelsesværdig stimuli-reaktivitet.

I løbet af de seneste år har optiske systemer baseret på LC'er (typiske termotropiske og biobaserede lyotropiske LC'er) oplevet en blomstrende udvikling, hvilket fremmer fremkomsten af ​​nye fænomener, funktioner og applikationer. Som sådan er det af stigende betydning at diskutere de seneste fremskridt inden for LC-arkitektur-baseret blødt stof fotonik (Soft Mattonics) fra et omfattende perspektiv for at give værdifuld reference til fremtidig udvikling af det relevante område.

I en ny artikel offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Yan-Qing Lu fra National Laboratory of Solid State Microstructures, Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation og College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Kina, og kolleger har udført en systematisk og omfattende gennemgang for at bygge bro mellem forskellige dynamisk afstembare LC-arkitekturer med deres forskellige applikationer i Soft Mattonics.

I denne artikel er de grundlæggende definitioner, fysiske egenskaber, manipulationsskemaer og dynamisk kontrollerbarhed af typiske termotropiske LC'er og biobaserede lyotrope LC'er beskrevet i detaljer, herunder nematisk fase LC'er, smektiske fase LC'er, kolesteriske fase LC'er, blå fase LC'er og celluloser.

Mikrostrukturer bygger bro mellem de iboende egenskaber af nanomateriale og de vigtige funktionaliteter og spiller en væsentlig rolle i udviklingen af ​​ideel LC-baseret optik og fotonik. For at kontrollere LC-mikrostrukturer er skabelsen i den ene ende af spektret. Det kan opnås ved at kombinere "top-down" fremstillingsteknik med "bottom-up" selvsamlingsproces af LC'er.

For eksempel kan substrater med 3D topografisk overflademønster anvendes til at generere ordnede topologiske defektarrays; det 2D fotojusterede lag udløser en fleksibel konstruktion af 3D LC-overbygninger. I den anden ende af spektret er LC-arkitekturers komplicerede tunability. Mange bestræbelser er blevet afsat til dette felt for dynamisk at manipulere LC-strukturerne ved at introducere varme, elektricitet, lys, stress og magnetiske felter.

Med det præsenterede arbejde gav Lu og kolleger et overblik over LC-baserede enheder i det hurtigt voksende område af Soft Mattonics, herunder smarte skærme, optisk billeddannelse, lysfeltmodulationsenheder, bløde aktuatorer og smarte vinduer. Det bringer attraktive, justerbare, effektive og flere funktionaliteter/ydelser til de bløde stof-baserede optiske platforme. Disse videnskabsmænd fremhævede også både udfordringer og muligheder for disse materialer i forhold til fotonikken af ​​blødt stof:

1. Storskala produktion og forarbejdning;
2. Opnåelse af optimerede "struktur-egenskab-funktion"-relationer;
3. Kombinering af LC'er med andre bløde materialer;
4. Sømløs integration af bløde materialer med eksisterende optiske komponenter;
5. Integration af LC'er med banebrydende elektroniske og robotsystemer;
6. Nyligt opdagede LC-faser.

Yderligere udforskning af dette emne ville ikke kun udvide kendskabet til Soft Mattonics, men også tilskynde til tværfaglig forskning fra specialister på tværs af forskellige discipliner og fremme forskellige bløde og smarte fotoniske applikationer. + Udforsk yderligere

Forudsigelse af fasestabiliteten af ​​blødt stof