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河北工业大学城市学院毕业论文作者：张梦学号：085055系：理学系专业：应用物理题目：蓝相液晶研究进展指导者：叶文江讲师(姓名)(专业技术职务)评阅者：马红梅副教授(姓名)(专业技术职务)2012年6月1日河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文毕业论文中文摘要蓝相液晶研究进展摘要：蓝相具有特殊的光学性质，并且作为一种特殊的液晶相态，近年来蓝相液晶已经引起了人们的广泛关注，随着对蓝相液晶研究的深入，蓝相液晶也取得了进一步的发展。本课题就是对其研究进展进行总结，通过对近年来对于蓝相液晶所做的科学研究及资料汇总，并经过进一步的分析总结，对于蓝相液晶的形成条件，优缺点，工作机理，以及今后在国内外的发展做了进一步的介绍。本课题的研究重点也着重蓝相液晶的发展前景及其应用，通过介绍整理，使其研究成果被大家所了解，充分认识蓝相液晶的价值。关键词：液晶蓝相胆甾相各向同性河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文毕业论文外文摘要TitleResearchProgressofBluePhaseLiquidCrystalAbstractBluephasehasaspecialopticalproperty,andasakindofspecialliquidcrystalphase,inrecentyearsthebluephaseliquidcrystalhasarousedwideconcern.Alongwiththebluephaseliquidcrystalresearch,bluephaseliquidcrystalhasalsomadefurtherdevelopment.Inthispapertheresearchprogressofbluephaseliquidcrystalweresummarized.Throughanalyzingthescientificresearchonbluephaseliquidcrystalandcollectingthedataforthebluephaseliquidcrystalintherecentyears,andtheformationconditions,advantagesanddisadvantages,workingmechanism,aswellasthenextdevelopmentathomeandabroadforthebluephaseliquidcrystalaremadefartherintroduced.Thekeypointofthisresearchfocusesonthebluephaseliquidcrystalanditsprospectsforthedevelopmentofapplications.Throughtheintroductionofconsolidation,theresearchresultsonthebluephaseliquidcrystalcanbeknownforus,andthevalueofbluephaseliquidcrystalcanalsobeunderstoodadequately.Keywords：liquidcrystalbluephasecholestericphaseisotropic河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文目次1引言……………………………………………………………………………………………12蓝相液晶的基础知识………………………………………………………………12.1蓝相……………………………………………………………………………………………12.2蓝相液晶的性质……………………………………………………………………………32.3关于液晶中的蓝相…………………………………………………………………………42.4关于蓝相液晶中的实验研究……………………………………………………………53蓝相的原理应用………………………………………………………………………………83.1蓝相原理……………………………………………………………………………………83.2蓝相应用……………………………………………………………………………………10结论…………………………………………………………………………………………………12参考文献……………………………………………………………………………………………13致谢…………………………………………………………………………………………………14河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文共14页第1页1引言蓝相液晶具有很多非常优异的光学特性，并且因为其一系列特殊的光学特性，如可以选择性的反射可见光和没有光学中常见的双折射现象等特性，而受到了人们的越来越多的关注。蓝相是一种常在高手性液晶体系的清亮点附近很小的温度区间出现的一种稳定的相态。通过详细的调查了解，人们不仅发现了蓝相液晶，并且知道了它的分子排列，形成原理和一系列的光学特性。现在人们深入的了解了蓝相液晶在国内外的应用现状和研究的进展，并且蓝相液晶已经被广泛的应用于光电和光子领域。本论文将利用一些有关的资料文献进一步探讨有关蓝相液晶的最新科研进展和应用前景，从而更好的了解世界及我国在蓝相液晶方面的技术成果发展方向，并分析液晶中的蓝相用于平板显示方面在技术方面存在的特殊问题和未来可能的发展方向。进而利用其特性使这项成果更好的被人们认可从而得到更好地使用，使研究成果有益于大家，通过查阅资料了解其形成条件，优缺点以及物理机制，并进行进一步分析，精确分析蓝相液晶的的工作原理，重点研究其特性及其应用。因为最初蓝相的蓝色外观，所以早期人们给其起名为蓝相，但是蓝相液晶也能够反射诸如红外光等的一些其他色光。首次发现这种不寻常液晶时是在十九世纪八十年代，当时是在由澄清转到雾态的这样一种降低温度时发生的两态转化过程中发现的，他发现在这时会出现蓝色的反光，后来到了上世纪七十年代才得到了证实，即蓝相液晶是一种新型态的液晶，这种液晶被发现至少具有两种流体晶格。蓝相存在于一个很小的温度范围，大约在不到两度，蓝相可以根据温度达高低分为三种形态，由低到高依次为BPI、BPII、BPIII。对于蓝相液晶中的三种不同的相态进行了深入的研究，本论文将对其研究进行介绍。2蓝相液晶的基础知识2．1蓝相近晶相，向列相，胆甾相是热致液晶的三种分类。蓝相是光学上在各向同性相和河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文共14页第2页胆甾相(螺旋状相)之间稳定存在的一种新的相态，通常温度范围很小只有几度。蓝相液晶有着自组装的3D晶格特性，蓝相具有远程取向有序的特征，这一点与普通螺旋状相不同。蓝相和液晶相被解释为是同一时刻被观察到的。最早观察到的蓝相是胆甾醇苯甲酸酯(cholestericbenzoate)从178.5℃冷却，在不到1℃的温度范围内出现的一种明亮的蓝紫色现象，然而蓝相并不一定呈现蓝色，其伴随出现的色彩只是光学上具有各向同性的一种变态，蓝相所呈现的颜色决定于布拉格散射螺距，其反射可能呈现蓝色。也可能呈现白色，当螺距较短时蓝相是透明的，反射呈现蓝色，而当螺距较长时蓝相是不透明的，反射则呈现出白色，具有容易使材料再降低几摄氏度而渐渐变成螺旋状相织构的特点。对于蓝相液晶大部分问题已经解决，如宽温技术和驱动模式等，而目前驱动电压和光效应是两个还没有解决的问题，但是我们会进一步的研究液晶中的蓝相，对于这两个还没有解决的问题也会找到很好的解决办法，而相比于其他的液晶技术，蓝相液晶技术也会有大的突破。胆当醇的衍生物，手征性丝状液晶和手征性的西佛碱类丝状液晶都可以出现蓝相。在显微镜下，蓝相液晶呈现出特殊的薄层织构。蓝相不会出现在添加了旋光性分子的丝状液晶所形成的长螺距混合液中，而只会出现在段螺距的情况下。蓝相液晶是一种具有两个熔点的物质，分别为145.5和178.50，当它呈现成一种雾状的液体时，此时熔点是145.5，而在178.50会转化为清亮的，进而冷却，而观察其形态变化是从紫蓝色进而一步步随着温度的冷却转化为浑浊的液体，紫蓝色会接着出现，最后会成为白色的结晶固体。根据织构与结构的不同可以对蓝相进行分类，分为蓝相Ⅰ(BPⅠ)、蓝相Ⅱ(BPⅡ)和蓝相Ⅲ(BPⅢ)。蓝相的三种相态于温度之间的关系(如图1所示)河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文共14页第3页图1胆甾相与各向同性相之间的蓝相与温度之间的粗略关系2．2蓝相液晶的性质(1)规定一种临界螺距，蓝相不存在于某一种胆甾相液晶中，即螺距过大以至于大于临界螺距；(2)蓝相较之普通的TN液晶视角较大，而且相对对称，因为在暗场时蓝相液晶在光学上是各向同性的；(3)在蓝相液晶中温度以及压强与圆偏振光的选择性反射都有关系；(4)相比于普通的TN液晶蓝相液晶大大简化了制管工艺过程，因为其不需要定向层；(5)因为蓝相液晶在光学上市各向同性的，所以蓝相液晶不能够发生线性双折射现象（见图2）；图2胆甾醇壬酯的折射率与温度的关系图河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文共14页第4页(6)蓝相液晶因为响应时间特别短，使得液晶显示器不仅大大降低了动态伪像，而且使液晶显示器可以实现场序彩色显示模式；(7)蓝相可以出现明亮的蓝色，因为在其光谱中的可见光部分是能够选择性散射的；旋光本领具有反常色散；(8)在蓝相中旋光可以发生反常色散；(9)蓝相的观测角度与最大反射的波长及反射颜色有关系；(10)从实验现象中我们可以看到，从各向同性相到胆甾相和到蓝相的相变在热力学上具有相似性，而热容量在这两种相变过程中也有相同量级的变化；(11)蓝相液晶非常适合制作大显示屏，因为当液晶盒足够厚时，液晶盒的厚度对它的透明度将不产生影响；(12)蓝相直接从各向同性相到胆甾相相变前的波动的动力学和到蓝相的情况下两者是不一样的，需要区别分析；(13)蓝相存在长程有序，这是由蓝相不同于胆甾相和各向同性相之间的核磁共振谱来说明的；(14)当温度升高时可以看到，从胆甾相到蓝相的相变是由热容量的及其微弱的变化看出来的；(15)能够较简单的是蓝相降低几摄氏度慢慢的变成普通的胆甾相的结构；(16)伽诺条纹能够在劈形样品中出现。当然相对于普通的液晶，蓝相液晶也有一些缺点，其主要目前还没有解决的问题为透明度太低，而驱动电压又过于高。其中蓝相液晶的透明度只有百分之六十五左右，而如果应用交叉指电极的话驱动电压达到了50Vrms之高，此时我们设定的Kerr的K常数为10nm/V2。在此之前蓝相液晶还有一个众所周知的缺陷，及所存在的温度范围太小，只有0.5～2℃，而后来稳定的蓝相液晶聚合物发现后，这一问题已达到解决，存在的温度范围达到了-10～50℃之间。2．3关于液晶中的蓝相III作为液晶蓝相中的一个子相蓝相III即BPIII，蓝相III是一种在结构和性质上跟BPI和BPII不同的具有特殊性质的相态。BPIII具有一些特殊的性质，例如其织构为无规则的形状，稳定性会跟随手性的增强个发生明显的增强，没有双折射效应，具有很强的光学活性等。由于BPIII的光学反射能位于紫外区域，使得不能够利用普通河北工业大学城市学院2012届本科毕业论文共14页第5页的能谱仪和光学显微镜观察到，所以目前对于BPIII的实验研究还很难进行。近几年来对于其的理论研究已经有了很大的进步，而其理论研究主要在于对其进行的相变和热力的研究上，而对于BPIII的结构仍然有待于进一步的研究，由于在对于其研究时的相变温度跟室温又有很大的距离，对于极小范围内的温度控制非常困难，所以使其的研究成为难题，是相信随着科学的发展和对其研究的深入，这些问题都将解决，并且发现其更好更多的实用价值，并被人们所利用。BPIII是一种不规则的织构，由于近来对于BPIII研究的进一步深化，我们可能会对于它的结构有一些新的理论方法，对于它研究建立起来的一些非线性方程有可能会出现混沌解，这是因为我们可能会从理论上根据一些特定的模型设定。根据目前的研究可以划分为4种不同的BPIII结构类型，分别为乳状液模型，准晶体模型，双扭曲模型，立方畴模型（如图3