[发明专利]一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法

说明书

本发明公开了一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法，属于液晶领域，首先将胶体液晶溶液置入基底上，并采用刮涂的方法使之预取向，然后使用机械臂控制微米级的探针在液晶中进行可控移动，利用移动产生的局部剪切场，可以实现对液晶基元取向结构的有效调控。本发明通过采用微米级的探针和具有微米级移动精度的机械臂，可以制备出具有微米尺度取向微结构的胶体液晶。此外，这种剪切取向的方法能耗低、效率高、可实现的结构也比传统方法更加广泛。

技术领域

本发明属于液晶领域，尤其涉及一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法。

背景技术

液晶是一类介于固体和液体之间的中间相，它既有液体的流动性，也具有部分固体的结构有序性。液晶材料一般分为热致液晶和溶致液晶：热致液晶会随着温度的降低从没有液晶的各向同性液体转变为具有取向有序性的液晶态；而溶致液晶则会随着液晶基元在溶液中浓度的升高而转变为液晶态。液晶材料这种独特的结构特点使得它的物理性能具有显著的各向异性，如对光的双折射，对磁场的各向异性响应等；而液晶的相变行为也使得它对温度和浓度都有着敏感的响应性。因此，液晶材料在显示屏、各向异性弹性体、智能响应材料、功能传感器等诸多领域都有着广泛的应用。

对于液晶材料的应用而言，有效控制其液晶基元的取向结构是影响其应用的决定性因素。现有的控制液晶基元取向的方法主要是通过高强度的磁场(Adv.Mater.29,1604453(2017).)或者高频率的电场(Nat.Mater.13,394-399(2014).)来实现对液晶基元的可控取向的。这类方法主要具有如下缺点：

(1)高强度的磁场和高频率的电场需要极大的外界能量供应，能耗很大，同时，这些方法对设备的要求很高，生产成本极大。

(2)要实现对液晶基元的取向，需要预先对电磁场本身进行设计，得到图案化的电磁场，流程复杂，生产周期过长。

(3)现有的对电磁场的图案化的方法精度有限，限制的对液晶取向调控的精度。

(4)现有的电磁场取向法，一般只适用于长径比很小(1000)的液晶基元，长径比过大(1000)的液晶由于需要极大的能量来使之取向，使得现有的方法很难生效。

(5)现有的方法一般只适用与低长径比的液晶基元，而低长径比的液晶基元的取向很容易被分子热运动所扰动，因此，需要持续地施加电磁场来维持所需的取向结构，这也大大限制了液晶的应用。

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种高精度/低成本、高效率的胶体液晶中调控液晶基元取向的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法，包括以下步骤：

(1)将胶体液晶溶液刮涂在基底上，得到液晶基元均匀预取向的胶体液晶。所述胶体液晶溶液的浓度大于其液晶相变浓度。

(2)通过机械臂控制微米级的探针浸没在步骤(1)得到的预取向的胶体液晶中，进行可控运动，实现对液晶基元取向结构的调控。

进一步地，步骤(1)中所述胶体液晶溶液中液晶基元的长径比大于1000。

进一步地，步骤(1)中所述基底与胶体液晶溶液的表面同为亲水性或同为疏水性。

进一步地，步骤(2)中所述微米级探针直径范围为1-1000微米。

进一步地，步骤(2)中所述微米级探针的运动速度为0.1-1000毫米/秒。

本发明的有益效果在于：

(1)借助探针运动产生的剪切力来控制液晶基元的取向，其制备流程简单快捷，便于操作，对设备要求低，生产周期短，生产效率高；

(2)对液晶取向的调控是基于液晶对剪切力的各向异性响应实现的，不需要能耗极大的电磁场的辅助，生产成本低；