膽甾相液晶的光學(xué)性質(zhì)

1、word.· 一、膽甾相液晶的光學(xué)性質(zhì)膽甾相液晶同其他液晶態(tài)物質(zhì)一樣，既有液體的流動性、形變性、粘性，又具有晶體光學(xué)各向異性，是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)材料。較一般液晶不同的是它具有螺旋的狀的分子取向的排列結(jié)構(gòu)，因此，它除了具有普通液晶具有的光學(xué)性質(zhì)外還具有它本身特有的光學(xué)特性。1選擇性反射有些膽甾相液晶在白光的照射下，會呈現(xiàn)美麗的色彩。這是它選擇反射某些波長的光的結(jié)果。實驗說明，這種反射遵守晶體衍射的布拉格Bragg公式。一級反射光的波長為：=2nPsin 其中：為反射波的波長，P為膽甾相液晶的螺距，n為平均折射率，為入射波與液晶外表的夾角。2旋光效應(yīng)在液晶盒中充入向列相液晶，把兩玻璃

2、片繞于他們相互垂直的軸相對扭轉(zhuǎn)90°角度，這樣向列相液晶的內(nèi)部就發(fā)生了扭曲，于是形成一個具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。這樣的液晶盒前后放置起偏振片和檢偏振片，并使其偏振方向平行。在不加電場時，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光軸順從液晶分子的扭曲而旋轉(zhuǎn)了90°。因而光進入檢偏振片時，由于偏振光軸相互垂直，光不能通過檢偏片，液晶盒不透明，外視場呈暗態(tài)，增加外電壓，超過某一電壓值時，外視場呈亮態(tài)，由此就可以得到黑底白像假設(shè)起偏片與檢偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。3圓二色性圓二色性指材料選擇性吸收或反射光束中兩個旋向相反的圓偏振光分量中的一個。如果一束入射光照射在

3、液晶盒上，位于反射帶內(nèi)與盒中液晶旋向相同的圓偏振光幾乎都被反射出去，而旋向相反的圓偏振光幾乎都透射過去，這是一個非常罕見的性質(zhì)，荷蘭菲利浦實驗室的兩位科學(xué)家1998年在Nature上撰文說，利用凝膠態(tài)液晶liquid-crystal gels的圓二色性，可以實現(xiàn)鏡面狀態(tài)和透明狀態(tài)之間的切換。二、膽甾相液晶的電光效應(yīng)液晶的電光效應(yīng)很多，由于本文主要研究膽甾相液晶，所以下面僅介紹幾種常見的膽甾相電光效應(yīng)。1退螺旋效應(yīng)對于介電各向異性 >0的液晶當(dāng)垂直于螺旋軸的方向?qū)δ戠尴嘁壕┘右浑妶鰰r，會發(fā)現(xiàn)隨著電場的增大，螺距也同時增大，當(dāng)電場到達某一閾值時，螺距趨于無窮大，膽甾相在電場的作用下轉(zhuǎn)變成了

4、向列相。2方格柵效應(yīng)當(dāng)對液晶施加電場時，所施加的電場還未到達退螺旋效應(yīng)的閾值之前，會出現(xiàn)另一種形式的畸變，即膽甾相的層面出現(xiàn)周期起伏，且在兩個相互垂直的方向上疊加出現(xiàn)，從而可以觀察到方格柵圖案，這種效應(yīng)一般在螺距比擬大時出現(xiàn)。3記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)也被稱為存儲效應(yīng)Storage effect，膽甾相液晶的記憶效應(yīng)最早由Heilmeier和Goldmacher發(fā)現(xiàn)。當(dāng)對某些處于平面織構(gòu)的膽甾相液晶施加一個低頻電場時，液晶會發(fā)生動態(tài)散射，處于焦錐織構(gòu)，呈現(xiàn)牛奶一樣的乳白色，關(guān)掉電場乳白色將繼續(xù)保持一段時間，幾天甚至幾年；對處于焦錐織構(gòu)的液晶再施加一個高頻電場，液晶會立刻變成透明，處于平面織構(gòu)，關(guān)掉電場

5、，透明狀態(tài)也將繼續(xù)保持,這也稱為雙穩(wěn)態(tài)。三、膽甾相液晶的織構(gòu)膽甾液晶表現(xiàn)出的各種性質(zhì)取決于給它所施加的電壓和外表取向?qū)?。?dāng)把膽甾液晶裝在液晶盒內(nèi)，一般來說會呈現(xiàn)平面織構(gòu)、焦錐態(tài)織構(gòu)和場致向列相三種狀態(tài)。平面織構(gòu)和焦錐態(tài)織構(gòu)，它們具有螺旋結(jié)構(gòu)，并且都能在零場的條件下存在。如在液晶上加上足夠高的電壓： 其中：V是所加電壓，Vc是閾值電壓，h是樣品厚度，K2是扭曲彈性系數(shù)，P0是膽甾相的螺距。液晶將變化到場致向列相織構(gòu)，螺旋結(jié)構(gòu)就不存在了。1 平面織構(gòu)平面態(tài)planar state 或 planar texture是在液晶盒中，螺旋軸方向平均而言垂直于基板外表，而液晶分子的指向失蹤是垂直于螺旋軸，平

6、行于基板外表， 2 焦錐織構(gòu)焦錐態(tài)focal conic state同平面態(tài)一樣，也有其固有的扭曲螺旋距，但是在液晶盒中，液晶分子處于一種多疇Polydomain狀態(tài)，在每一個疇內(nèi)，螺旋結(jié)構(gòu)仍然存在，但不同疇的螺旋軸在空間的取向雜亂無章。不同疇的螺旋軸具有不同的指向便形成了焦錐織構(gòu)，這種織構(gòu)由于折射率在疇邊界上的不連續(xù)變化而表現(xiàn)出強烈的光散射，。焦錐織構(gòu)還有一種螺旋軸平行于玻璃基板的特殊排列的情況，這種織構(gòu)在偏光顯微鏡下看起來像指紋，因此命名為指紋織構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖。我們可以看到從偏光顯微鏡下所觀察到的液晶盒中的焦錐織構(gòu)和指紋織構(gòu)的實際形貌 3 場致向列相織構(gòu)場致向列相field-i