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理化所江雷院士、王京霞研究員團隊《Adv. Funct. Mater.》：在藍相液晶光子晶體的高精度“活”圖案制備方面取得新進展

2022-01-05 來源：高分子科技

液晶作為一種電響應材料已廣泛應用于手機、電腦、儀器控制面板等各種顯示器件。藍相液晶（BPLC）光子晶體是一種手性向列相液晶，其獨特的雙扭柱結構使其在可見光范圍內具有選擇性反射，產生亮麗的結構色彩。藍相液晶光子晶體在電、光、磁、熱、機械力、溶劑或濕度響應方面具有靈敏的響應性，可以實現結構色彩的有效調控及圖案制備。基于藍相液晶小分子體系的色彩形成必須在液晶盒內完成，聚合物穩定藍相液晶體系的出現為相對穩定的藍相液晶圖案的制備提供可能。但一般藍相液晶結構色圖案的響應和調控需要設計合成特殊結構的響應性分子，而將所合成的響應性分子引入藍相液晶體系往往會破壞其原有體系的穩定性。另外，目前所制備的藍相液晶（尤其是聚合物藍相液晶）圖案的分辨率較低，不能滿足高精度圖案的應用需求。

為解決這些問題，中科院理化技術研究所仿生材料與界面科學中心江雷院士、王京霞研究員團隊創新性地發現通過簡單地控制墨水（5CB）在疏水藍相液晶薄膜的可控分散，就能制備高精度的“活”圖案：所打印圖案的形狀和顏色可以隨時間可控變化。文章一方面著重討論了疏水處理對高分辨圖案制備的必要性：疏水處理能有效控制墨水的在基底表面的鋪展、墨滴之間聚并融合，提高了打印的分辨率。實現了可擦寫的高分辨多彩圖案的制備如蓮花，二維碼，蒙娜麗莎肖像畫等。文章還討論了只采用一種無色墨水，在同一透明基底上，通過控制打印層數實現多彩圖案制備。更重要的是所制備的圖案可以隨墨水的可控分散過程，程序化地呈現顏色及形狀變化。最后文章借助透射電鏡圖像及準原位Kossel 光譜證實了所制備藍相微結構在可擦寫過程中的可重構性，證實了該材料的可反復打印性。相對于以前文獻報道的程序化顏色變化，該工作的優點是，樣品全部基于商用的化學物質不需要任何特殊設計合成的響應性分子，也不需要額外外場刺激，結合噴墨打印技術可以實現圖案的可設計及高分辨性。該工作對于發展新型的藍相液晶類光學材料和器件具有重要的推動作用。

相關研究結果以“High-resolution Erasable “Live” Patterns Based on Controllable Ink Diffusion on the Three-dimensional Blue-phase Liquid Crystal Network”發表在Advanced Functional Materials（DOI10.1002/adfm.202110985）。該文章的第一作者孟凡姝和共同第一作者鄭成林均為中國科學院理化技術研究所博士研究生，通訊作者是王京霞研究員。感謝江雷院士和日本中央大學池田富樹教授對工作指導和支持。感謝國家自然基金（51873221，52073292， 51673207，51373183），國家重大研究計劃項目（2017YFA0204504）與中國科學院荷蘭研究項目（1A111KYSB20190072）的支持。