胆甾型液晶独特的光学特性

胆甾相液晶也称螺旋状液晶,是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物(酯化物或卤代物)以及分子内具有不对称碳原子的高分子化合物,它具有层状的分子排列结构,层与层间相互平行,其分子细长,长轴具有沿某一优先方向取向,相邻两层分子间的取向不同,一般相差15°左右,且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向)螺旋状旋转。因此,各层间的取向渐变可连成一条空间扭曲的螺旋线,该液晶整体形成螺旋结构。设胆甾相液晶的优先方向(指向矢)为n,螺距为p,由于在液晶相中,胆甾相结构沿指向矢方向呈周期性变化,且n和-n具有等价性,所以,其螺距周期为p/2,其典型值约为0.3μm,远远大于分子线度,为可见光波长数量级。因此,胆甾相液晶分子这种周期性的螺旋结构可对可见光产生布喇格(Bragg)反射,使其具有旋光性、选择性光散射和偏振光二色性等光学特性。胆甾型液晶的光学特性02由于胆甾相液晶特殊的分子结构以及光学的各向异性,决定了它具有晶体的旋光性、偏振光二色性和它本身特有的选择性光散射等性质。1、

使入射光在光前进方向上沿指向矢n(分子长轴)方向偏转当光线垂直射入两个各向同性均匀介质时(如图a),即使折射率不同,光线仍按原方向前进。而对于各向异性的液晶物质,就要考虑分子轴和入射光的方向问题。如果偏振光沿光轴方向(分子长轴方向)入射时(如图b),光仍按原方向前进。而光在液晶中传输时,存在着平行于指向矢n的折射率n//和垂直于指向矢n的折射率n⊥(如图c)，因此有v//=c///n⊥和v⊥=c⊥/n//,其中c//=ccosθ,c⊥=csinθ(c真空中光速),且光在介质中传输,光速总是与折射率成反比,所以v//>v⊥,使入射光在传播过程中沿n方向发生偏转。同理,对于图c′状态下,v//和v⊥分别由c///n⊥和c⊥/n//决定。2、能够改变入射光的偏振态(线偏光、圆偏光、椭圆偏光)或改变偏振光的振动方向3、使入射的椭圆偏振光产生相应的反射或透射现象外界条件除了引起胆甾相液晶折射率各向异性外,对其螺距也产生非常独特的影响。胆甾相液晶的螺距随外界环境(温度、压力、磁场、电场等)的变化而变化。胆甾相液晶的螺距对其光学性质的影响非常重要,光透射和选择性光散射的特性主要由其螺距决定。胆甾型液晶的应用03胆甾相液晶分子独特的螺旋状结构决定了它特殊的光学特性。选择性光散射、偏振光二色性、旋光性、双折射性等性质是其他物质所没有的。在可见光、红外光、电场、磁场等作用下呈现出在许多领域具有实用价值的非线性光学效应,例如红外激光束斑显示、温度计、变色服饰(迷彩、伪装)、电场检测、磁场检测、甚至有希望制成红外热像仪器件等。其广泛的应用前景注定了它在材料领域不可替代的作用,随着材料科学的日新月异以及胆甾相液晶新材料的不断出现,它各方面的性质将得到更加深入的研究,其优良的非线性及布喇格散射等特性将给显示领域带来新的革命。1、

温度响应变色胆固醇的衍生物胆固醇类液晶多为胆甾相，具有很好的热致变色性能。液晶分子在空间排列上构成了规则的螺旋结构，其中螺旋每旋转360°所跨过的长度即为该种液晶的螺距。螺距的大小对温度变化极其敏感，一般随温度升高而降低，对应反射光的波长也随之变化。在此过程中的一段温度内，可以反射可见光，产生对应的颜色变化。2、

力响应变色将胆甾相液晶聚合成弹性体，就会得到一种非常有趣的材料——胆甾相液晶弹性体，它结合了胆甾相的光学特性和弹性体的拉伸性。由于胆甾相液晶的螺旋结构与弹性网络之间的耦合，机械变形会改变胆甾相液晶弹性体的反射颜色，因此垂直于拉伸轴的螺距会连续地向更短的波长调谐。3、

湿度响应变色含氢键的胆甾