分散液晶液滴纹理结构及液滴间信息交换的研究

摘要

液晶材料由于其卓越的性能被广泛应用于通讯、信息显示、光学传感器、电子隐私墙等多种领域，且随着时间的推移其应用领域仍在不断的拓宽。近些年来，聚合物分散液晶液滴是液晶研究领域的一个焦点，大量基于该技术基础的新应用被提出来。然而，过去的研究多采用硅油、甘油等作为连续相去分散液晶。本文将阴离子表面活性剂胶束水溶液作为连续相，对不同相态的液晶分散液滴做了系统研究。相比之前的研究，该条件下液晶液滴存在一些特殊的性质，有一定的科研价值。论文的主要工作包括：
　　1、研究了离子型表面活性剂胶束水溶液中，向列相液晶液滴与胆甾相液晶液滴的纹理，及液滴内分子的排列结构。不同的相列相液晶材料会形成不同的纹理结构；胆甾相液晶在低、中掺杂浓度下有相同的结构和相似的纹理；在高掺杂浓度下胆甾相液晶液滴表面锚定力与液晶扭曲力未达到平衡时，观察了系统自由能下降过程中液滴纹理的动态变化过程；并在偶然条件下再实验中观察到了极低掺杂浓度时胆甾相液晶液滴的纹理,此时螺距大小与液滴半径相近。
　　2、研究了液晶在双亲分子水溶液中的溶解现象。在胆甾相液晶液滴内发现了水溶液子液滴，并在水溶液中发现了液晶子液滴的出现，由此可以得出在液晶与水溶液边界存在双向的物质交换。对比液晶母液滴的尺寸变化，进一步得出在界面处，物质交换达到动态平衡且该平衡的方向是更多的液晶分子传入到溶液中。同时，结合目前广泛认可的有机分子在活性剂水溶液中的溶解路径假设，分析了实验中分子交换的可能路径。
　　3、研究了液晶液滴自发产生的环流现象及液滴的自驱动运动。因为物质交换的存在，改变了液滴的表面锚定力，再加上液晶分子在液滴内的重新分布，在液滴内外形成了环流。通过胆甾相液滴纹理变化，清晰地观察到了液滴内部环流的方向。同时利用胶束水溶液中胆甾相液滴附近的小液滴，得到了液滴外部周边水溶液中环流的方向。类似的，向列相液晶液滴相错点的偏移，也是由于液滴内环流将其中心相错点推向液滴边界处所致。液滴内外环流的存在又使得液滴产生自驱动运动。相列相液晶液滴的自驱动是线性运动。而胆甾相液滴的自驱动除了类似于向列相液滴的线性运动外，还会旋转运动。
　　4、发现在特定条件下，胆甾相液晶液滴与相列相液晶液滴会发生扭曲信息共享现象。胆甾相液晶液滴的扭曲信息会传给相列相液滴，改变其纹理结构，该现象是掺杂剂分子在液滴间的传递造成的。但现象的产生条件，有待于进一步的研究。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 热致性液晶

1.1.2 溶致型液晶

1.1.3 水相分散液晶液滴的表面张力

1.2 研究的意义

1.2.1 信息显示领域

1.2.2 生命科学领域的应用

1.2.3 光学通信等领域的应用

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 本文主要工作与内容

1.4.1 本文主要工作

1.4.2 本文主要内容

2 实验材料与设备

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.2.1 偏振光显微镜

2.2.2 微流体系统

3 不同相态液晶液滴纹理

3.1 自由能

3.2 相列相液晶液滴纹理

3.2.1 拓扑结构

3.2.2 液滴纹理与结构分析

3.3 胆甾相液晶液滴纹理

3.3.1 普赖斯-弗兰克模型

3.3.2 低、中掺杂浓度下胆甾相液晶液滴纹理

3.3.3 高掺杂浓度下胆甾相液晶液滴在非稳态中的纹理

4 液晶液滴的分子交换与信息传递

4.1 液晶相-水相界面处的分子动态交换

4.2 分子传递的可能路径

4.3 液滴内外的环流

4.3.1 胆甾相液晶液滴的环流

4.3.2 相列相液晶液滴的环流

4.4 扭曲信息的传递

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢