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[材料资讯] 江雷院士、王京霞研究员团队在蓝相液晶光子晶体的高精度“活”图案制备方面取得新进展

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发表于 2022-1-5 09:03:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
液晶作为一种电响应材料已广泛应用于手机、电脑、仪器控制面板等各种显示器件。蓝相液晶(BPLC)光子晶体是一种手性向列相液晶,其独特的双扭柱结构使其在可见光范围内具有选择性反射,产生亮丽的结构色彩。蓝相液晶光子晶体在电、光、磁、热、机械力、溶剂或湿度响应方面具有灵敏的响应性,可以实现结构色彩的有效调控及图案制备。基于蓝相液晶小分子体系的色彩形成必须在液晶盒内完成,聚合物稳定蓝相液晶体系的出现为相对稳定的蓝相液晶图案的制备提供可能。但一般蓝相液晶结构色图案的响应和调控需要设计合成特殊结构的响应性分子,而将所合成的响应性分子引入蓝相液晶体系往往会破坏其原有体系的稳定性。另外,目前所制备的蓝相液晶(尤其是聚合物蓝相液晶)图案的分辨率较低,不能满足高精度图案的应用需求。
  为解决这些问题,中科院理化所仿生智能界面科学中心江雷院士、王京霞研究员团队创新性地发现通过简单地控制墨水(5CB)在疏水蓝相液晶薄膜的可控分散,就能制备高精度的“活”图案:所打印图案的形状和颜色可以随时间可控变化。文章一方面着重讨论了疏水处理对高分辨图案制备的必要性:疏水处理能有效控制墨水的在基底表面的铺展、墨滴之间聚并融合,提高了打印的分辨率。实现了可擦写的高分辨多彩图案的制备如莲花,二维码,蒙娜丽莎肖像画等。相关研究结果以High-resolution Erasable “Live” Patterns Based on Controllable Ink Diffusion on the Three-dimensional Blue-phase Liquid Crystal Network为题发表在Advanced Functional Materials(DOI10.1002/adfm.202110985)。文章还讨论了只采用一种无色墨水,在同一透明基底上,通过控制打印层数实现多彩图案制备。更重要的是所制备的图案可以随墨水的可控分散过程,程序化地呈现颜色及形状变化。最后文章借助透射电镜图像及准原位Kossel 光谱证实了所制备蓝相微结构在可擦写过程中的可重构性,证实了该材料的可反复打印性。相对于以前文献报道的程序化颜色变化,该工作的优点是,样品全部基于商用的化学物质不需要任何特殊设计合成的响应性分子,也不需要额外外场刺激,结合喷墨打印技术可以实现图案的可设计及高分辨性。该工作对于发展新型的蓝相液晶类光学材料和器件具有重要的推动作用。  

蓝相液晶薄膜

蓝相液晶薄膜
  图1 蓝相液晶薄膜的制备及图案打印制备的流程图及相关结果表征  

蓝相液晶薄膜

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  图2 所打印的可逆擦写的高分辨图案

蓝相液晶薄膜

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  图3 所打印的可程序化变色的多彩“活”图案

蓝相液晶薄膜

蓝相液晶薄膜
  图4 通过透射电镜及Kossel 衍射证明蓝相液晶结构擦写过程的可重构性

蓝相液晶薄膜

蓝相液晶薄膜
  图5 研究不同浸润性处理基底对所打印液滴的可控分散行为
  该文章的第一作者孟凡姝和共同第一作者郑成林均为中国科学院理化技术研究所博士研究生,通讯作者是王京霞研究员。研究得到江雷院士和日本中央大学池田富树教授对工作指导和支持。研究得到国家自然基金(51873221,52073292,51673207,51373183),国家重大研究计划项目(2017YFA0204504)与中国科学院荷兰研究项目(1A111KYSB20190072)的支持。
  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110985


      


        文章来源:理化所
      江雷,中科院院士,中国科学院理化研究所研究员。自1999年回国以来,一直从事具有特殊浸润性的仿生多尺度界面材料的研究工作。撰写专著2部,发表SCI论文400余篇,其中IF > 6的186篇,被SCI引用18500余次,H因子为66,论文13次作为 Highlight 在 Science、Nature 及其系列杂志报道,30余次被选作杂志的封面。重要论文包括:Nature(2篇),Nat. Mater. (1篇),Nat. Nanotechnol.(1篇),Nat. Comm. (1篇),Chem. Soc. Rev. (4篇),Acc. Chem. Res.(3篇),Angew. Chem.(22篇),Adv. Mater.(54篇), J. Am. Chem. Soc.(19篇),Adv. Func. Mater.(19篇),已授权专利50余项。
       王京霞,女,1971年6月生,工学博士。现为中科院理化技术研究所研究员。1990-1997 年在青岛科技大学高分子材料系攻读学士和硕士学位,1997-2000年在青岛帝科精细化学有限公司做科研工作;2000.9-2004.1 在清华大学高分子研究所攻读博士学位。2004年1月毕业于清华大学化工系高分子所,获材料学专业博士学位, 师从刘德山教授。博士论文题目:丙烯酸系自着色乳液的合成、共聚合反应和光色牢度研究。2004年2月-2006年7月在中国科学院化学研究所有机固体实验室功能界面组作博士后,合作导师为江雷研究员、宋延林研究员,期间发展了一种制备大面积聚合物光子晶体膜的简单快速的方法,实现了高强度、浸润性可调控光子晶体膜的制备。2006年7月,博士后出站并留在中科院化学所新材料实验室宋延林研究员课题组工作,2006年12月聘为副研究员。

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