手性液晶材料的一维光子晶体特性及其在光学薄膜中的应用

1.手性液晶材料

手性是自然界的一项基本属性。在宏观世界中，手性以螺旋的形式表现出来，如贝类的螺壳、植物花瓣和叶片的分布、攀藤藤蔓的缠绕等。手性液晶作为一种特殊的螺旋结构，不仅仅存在于实验室的化学物质中，自然界很多动植物的体内同样存在这种结构。Srinivasarao等人研究发现在一种圣甲虫的外骨骼细胞中，几丁质纤维呈类手性液晶结构的螺旋排列，这导致它能够选择性地反射圆偏振光，产生很强的圆双折射效应。液晶（Liquid Crystals）是一种既具有液体的流动性，又具有晶体的有序性的物质状态，该形态的发现源于19世纪。奥地利植物学家Reinter在加热胆甾醇苯甲酸酯时发现，当胆甾醇酯加热到145℃时熔化，会经历一个不透明的呈白色黏稠浑浊液体的状态，在偏光显微镜下发出多彩的光泽；当温度继续上升到175℃时，该物质转变成清澈透明的液体；当温度下降时，澄清液体会变浑浊，进而变成紫色，并最终恢复为白色固体，该物质就是液晶。

2.手性液晶的光学性质

液晶的特殊结构让其有了晶体各向异性，如光学、介电以及介磁各向异性等特点。液晶分子依靠端基的作用彼此平行排列成层状结构，在每个平面层内分子长轴平行排列，分子长轴在层与层之间逐渐偏转，形成螺旋状。在不同的液晶体系中均可构成胆甾相，并且光照后都会产生手性反转。这一体系的胆甾相液晶，不仅可以利用光控制胆甾相液晶反射波带的位置，同时也提供了利用光控制胆甾相液晶反射光的偏振态的方法。胆甾相液晶因其具有螺旋结构的一维有序性及对光的选择反射特性、旋光性和圆二向色性，因而被称作一维光子晶体。其中，胆甾相液晶的螺距p极易受外界环境的改变而改变，如通过改变液晶比例来改变螺距p，这一特性使得胆甾相液晶可以开发成一定光谱选择性的光学薄膜。(www.xing528.com)

3.手性液晶材料应用

手性液晶材料的光谱反射性，可以在短波防蓝光反射中进行应用，用于显示装置，保护眼睛；其手性以及反射特点，可用于汽车和建筑窗膜，装饰和防炫光膜领域。