蓝相液晶(BP)是一种双螺旋三维超结构材料,通常存在于高手性体系中。液晶分子在手性剂提供的扭曲力的作用下,自组装形成具有双螺旋结构的双扭曲圆柱。根据双扭曲圆柱的排列方式的不同,蓝相大致可以分为三个子相态,分别为体心立方排列的BPI,简单立方排列的BPII,以及无规则排列的雾状相BPIII。由于蓝相这种复杂的三维结构,宏观上液晶分子没有平均指向矢,因此蓝相液晶具有光学各向同性的特点。然而,蓝相液晶的螺旋结构会形成折射率的周期分布,从而导致布拉格反射。不同的晶面的布拉格反射波长不同,所以在偏光显微镜下观察到的蓝相呈现彩色碎片结构。
由于蓝相具有快速响应的特性,首先想到的是将蓝相液晶运用于显示领域,这样可以大大改善液晶显示器的动态模糊,提高显示器的刷新频率。针对蓝相液晶显示,目前有一系列的优化改进以及创新的工作,创造了丰硕的成果。然而,显示对于液晶的应用而言仅仅是“冰山一角”,蓝相液晶的快速响应,选择性反射,及其特有的软光子晶体特性使她在光子器件领域有着更多的应用。但是蓝相也有其致命的缺点。通常来说,单靠手性剂扭曲力形成的蓝相液晶只有1~2K的温宽,大大限制了蓝相液晶的应用。除此之外,由于蓝相液晶的电场响应主要是由于Kerr效应,电致双折射比较低,从而导致在一些光子器件中不能达到最大幅度的折射率调制。围绕这些问题,近些年中国大陆的科研人员在蓝相液晶材料的制备与应用表征以及蓝相液晶新型光子学器件方面进行了卓有成效的努力,获得了一批具有国际显示度的代表性成果。同时,政府和企业对蓝相液晶的关注也与日俱增,2010年龙腾光电有限公司联合北京大学、南京大学、上海交大、华东理工大学以及河北工业大学开展蓝相液晶显示问题的攻坚研究,并于2012年底成功点亮了国产第一块5.2in(1in=2.54cm)蓝相液晶显示屏;一批具有前瞻性和应用意义的蓝相液晶相关研究课题也相继获得了来自国家自然科学基金委等机构的资助,为蓝相液晶多角度、多方面的研究奠定了物质基础。本文从蓝相液晶材料的设计、制备、性能表征、光子器件物理以及性能等方面,对上述代表性工作进行简要概括,希望此文能够给予行业以及科研领域更多参考,亦希望蓝相液晶能获得来自其他领域更为广泛的关注。
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