CN117327494A - 一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用 - Google Patents

一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN117327494A
CN117327494A CN202210716763.0A CN202210716763A CN117327494A CN 117327494 A CN117327494 A CN 117327494A CN 202210716763 A CN202210716763 A CN 202210716763A CN 117327494 A CN117327494 A CN 117327494A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid crystal
cholesteric liquid
chiral
dopant
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210716763.0A
Other languages
English (en)
Inventor
王京霞
尚园园
江雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN202210716763.0A priority Critical patent/CN117327494A/zh
Publication of CN117327494A publication Critical patent/CN117327494A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/36—Steroidal liquid crystal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/58—Dopants or charge transfer agents
    • C09K19/586—Optically active dopants; chiral dopants
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133711—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by organic films, e.g. polymeric films
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/13378—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation
    • G02F1/133784—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by rubbing
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13718—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on a change of the texture state of a cholesteric liquid crystal

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)

Abstract

本发明公开一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用。所述胆甾型液晶为包含非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合得到；且所述胆甾型液晶在经过聚乙烯醇水平摩擦取向的液晶盒中为平面取向；所述手性偶氮苯分子掺杂剂的浓度为3.4‑3.8wt％。该胆甾型液晶可响应光照、温度和电压的变化，可通过辐照时间和加热温度的变化，来调节胆甾型液晶的光子带隙，亦或是通过手性掺杂剂的含量与加热温度的变化来调节胆甾型液晶的光子带隙，也可通过施加电压来制备胆甾型液晶的可逆电响应图案。

Description

一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用
技术领域
本发明涉及胆甾型液晶的光/热/电响应技术领域。更具体地，涉及一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用。
背景技术
通常，胆甾型液晶(CLCs)自发组装形成周期性的螺距(p)在几百纳米范围内的超分子螺旋结构，表现出一维光子带隙(PBG)并导致圆偏振光的反射。CLCs已在传感器、偏振器、反射器、滤光器、可调谐激光器、光束控制装置中产生了有前景的应用。重要的是，胆甾型螺旋p及其反射颜色可以很容易地通过光、温度、湿度、磁场、电压和机械应力进行动态调制，在新一代通信工程和集成光学器件领域具有重要应用。
在用于制造CLCs的各种刺激响应手性掺杂剂中，光驱动的手性分子最近已成为优秀的候选者，因为光具有远程和局部操作的空间优势。作为一种突出的光驱动手性分子，具有两个偶氮键的基于轴向手性偶氮苯分子(手性偶氮苯分子)经历了偶氮构型的可逆反式-顺式光异构化，产生了另外两种含有一个或两个顺式构型的异构体。三种异构体按照异构化顺序分别为(反式，反式)-构型→(反式，顺式)-构型→(顺式，顺式)-构型。(顺式，顺式)-构型→(顺式，反式)-构型→(反式，反式)-构型可以通过可见光照射发生。将手性偶氮苯分子与主体液晶(LC)结合可以诱导CLCs的形成，导致螺旋扭转力(HTP,β)值的较大变化。然而，由于偶氮苯化合物是一种典型的光致变色材料，手性偶氮苯分子引发的CLCs的研究主要集中在光响应上。例如，俞燕蕾教授团队开发了可重写的光子纸，能够通过光驱动CLCs进行写入、擦除和调整局部颜色。CLCs中掺杂了与手性中心相连的手性偶氮苯分子，具有自组织的螺旋超结构，具有两种光可调节螺距p的结构元素(用于调色)和可重新配置的螺旋轴(用于写入和擦除)。很少有研究分析偶氮苯分子的温度响应所导致的CLCs的反射色的变化。而这些研究对于为潜在应用提供额外的光学信息非常重要。
发明内容
基于以上缺陷，本发明的第一个目的在于提供一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶。该胆甾型液晶可响应光照、温度和电压的变化，可通过辐照时间和加热温度的变化，来调节胆甾型液晶的光子带隙，亦或是通过手性掺杂剂的含量与加热温度的变化来调节胆甾型液晶的光子带隙，两种途径均可以实现该胆甾型液晶反射颜色发生红移，也可通过施加电压来制备胆甾型液晶的可逆电响应图案。
本发明的第二个目的在于提供一种如上所述的胆甾型液晶的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种调节胆甾型液晶的光子带隙的方法。该方法是通过辐照时间和加热温度的变化，来调节胆甾型液晶的光子带隙。
本发明的第四个目的在于提供一种调节胆甾型液晶的光子带隙的方法。该方法是通过手性掺杂剂的含量与加热温度的变化来调节胆甾型液晶的光子带隙。
本发明的第五个目的在于提供一种制备胆甾型液晶的可逆电响应图案的方法。该方法是通过调节施加于胆甾型液晶上的电压大小来实现图案的擦除和显现。
本发明的第六个目的在于提供一种如上所述胆甾型液晶在光子图案化领域或防伪领域中的应用。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶，所述胆甾型液晶为包含非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合得到；
且所述胆甾型液晶在经过聚乙烯醇水平摩擦取向的液晶盒中为平面取向；
所述手性偶氮苯掺杂剂的浓度为3.4-3.8wt％。
在本发明中，选用的手性偶氮苯掺杂剂既具有手性诱导作用，也具有光转换作用，还具有温度响应性，赋予了胆甾型液晶具有较好的光/热响应效果。所述胆甾型液晶可响应光照、温度和电压的变化，可通过辐照时间和加热温度的变化，来调节胆甾型液晶的光子带隙，亦或是通过手性偶氮苯掺杂剂或非响应手性掺杂剂的含量与加热温度的变化来调节胆甾型液晶的光子带隙，两种途径均可以实现该胆甾型液晶反射颜色发生红移，通过调节施加于胆甾型液晶上的电压大小来实现图案的擦除和显现。并且提供的胆甾型液晶可在手性掺杂剂较窄的浓度(或占比)的调整范围内，实现较大范围的可见光区带隙的调节，这有利于图案显示和防伪的实际应用。
本发明的胆甾型液晶采用光图案掩膜板，首先采用UV辐照不同时间或手性掺杂剂的浓度来调节图案色的光子带隙，而后再次加热整个液晶盒，相对于现有技术中只是单一调节图案色的光子带隙，优点是背景色和图案色的光子带隙都能够得到调节。对得到的结果而言，由于采用不同辐照时间，光驱动手性偶氮苯的反-顺异构化率不同，图案反射色不同，再次加热整个液晶盒后，实现背景色和图案色在某一温度时达到同一种颜色，从而隐藏图案。
对于另一种调节方式，采用手性掺杂剂和温度的变化来调节光子带隙，本发明的胆甾型液晶也表现出对温度敏感的RGB颜色。温度驱动样品的颜色变化可能是由于随着热能的增加而展开的螺旋，这导致了手性偶氮苯分子的HTP值的降低。通过分别改变手性偶氮苯或非响应手性掺杂剂(例如S5011)的浓度，反射波长随手性偶氮苯分子或非响应手性掺杂剂的浓度的降低从蓝色红移到红色。并且选取某一种浓度占比的手性偶氮苯分子或非响应手性掺杂剂，在升高温度后，可以在较窄的浓度或占比的调整范围内实现较宽的可见光区域内精确控制，样品的反射带隙从蓝色变为红色，这为图案化的展示和图案的隐藏和加密提供先决条件。
对于可逆电响应图案的设计思路在于，通过控制电压的改变，实现对胆甾型液晶分子取向状态的控制，从而达到图像的显现和擦除。
进一步，所述胆甾型液晶的初始带隙为441-481nm。
进一步，所述非响应手性掺杂剂选自S5011、S811中的一种或两种。
进一步，所述原料中，非响应手性掺杂剂的浓度为1.0-1.4wt％。
进一步，所述液晶主体选自E7、SLC1717、5CB中的一种或多种。
进一步，以原料总数为100质量份计，所述原料包含：1.0-1.4份非响应手性掺杂剂、3.4-3.8份光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、95.6-94.8份液晶主体。
为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种如上所述的胆甾型液晶的制备方法，包括如下步骤：
将非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合均匀，得胆甾型液晶混合物；
将所述胆甾型液晶混合物灌入经过聚乙烯醇摩擦取向的液晶盒中，得所述具有平面取向的胆甾型液晶。
进一步，所述胆甾型液晶混合物的制备方法为：
将非响应型手性掺杂剂、光/热响应手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40-60℃烘箱中，直至二氯甲烷挥发完全，即可制备反射蓝色的CLC混合物。
进一步，所述具有平面取向的胆甾型液晶的制备方法如下：
加热胆甾型液晶混合物至其清亮点，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到经过聚乙烯醇摩擦取向的液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
进一步，配制作为平面取向层的聚乙烯醇水溶液。将商业可购买的聚乙烯醇白色固体颗粒加入到去离子水中，放置于加热台上搅拌加热溶解。
进一步，对聚乙烯醇平面取向层所用玻璃片基底的清洁处理。中性清洁剂超声波清洗、自来水水流清洗、去离子水超声波清洗、乙醇超声波清洗、放置于干燥箱中进行烘干处理，待用。
进一步，制备聚乙烯醇平面取向层。使用台式匀胶机，干净的玻璃片基材用聚乙烯醇水溶液旋凃，从而完成聚乙烯醇取向层的制备。另外，在使用台式匀胶机旋涂聚乙烯醇水溶液之前，最好在玻璃片基材上用塑料滴管先滴涂上一层薄薄的聚乙烯醇水溶液。涂覆有聚乙烯醇水溶液的玻璃片基材被放置于烘箱中加热烘干。用人造丝绒布朝同一个方向上摩擦聚乙烯醇薄涂层进行取向处理。然后，被摩擦取向后的聚乙烯醇薄涂层玻璃片基材用乙醇超声洗涤，最后用氮气吹干。
进一步地，制备平面取向的液晶盒。首先是间隔垫的制备。制备液晶盒所用的间隔垫采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料薄膜。用剪刀将PET塑料薄膜剪成条带。其次是液晶盒的封装。取两片平面取向的玻璃片基材，将聚乙烯醇取向层一面沿取向方向平行相对放置。采用PET塑料薄膜间隔垫来控制两片玻璃片基材的间距(液晶盒的盒间距)。即，条带被放置在平面取向的玻璃片基材的长轴边缘位置，再覆盖上另一片平面取向的玻璃片基材。然后，采用回形针蘸取少量502胶水，涂抹在玻璃片基材两侧进行封边处理。最后，采用燕尾夹夹住玻璃片基材两侧，置于室温条件下固化502胶水，从而完成空白的液晶盒的制备。
为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种调节胆甾型液晶的光子带隙的方法，包括如下步骤：
调节辐照时间和加热温度，固定胆甾型液晶的组成不变：
将如上所述胆甾型液晶进行365nm光源辐照；
将经过不同辐照时间辐照的胆甾型液晶再次进行加热，实现对光子带隙的调节；
进一步，所述加热的温度区间为25-52℃。
进一步，将所述胆甾型液晶用365nm光源辐照0.2s或0.5s或0.8s或1.6s或1.8s或2.0s或2.3s后，再将所述胆甾型液晶置于加热台上加热，实现对光子带隙的调节。
为达到上述第四个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种调节胆甾型液晶的光子带隙的方法，包括如下步骤：
调节胆甾型液晶中手性掺杂剂的含量和加热温度，固定辐照时间：
将如上所述胆甾型液晶进行365nm光源辐照；
将经过365nm光源辐照后的胆甾型液晶再次进行加热，实现对光子带隙的调节；
进一步，所述加热的温度区间为25-52℃。
为达到上述第五个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明公开一种制备胆甾型液晶的可逆电响应图案的方法，包括如下步骤：
调节施加于胆甾型液晶上的电压大小，固定手性掺杂剂的含量、温度、辐照时间：
将如上所述胆甾型液晶进行365nm光源辐照；
将电压施加于经过365nm光源辐照后的胆甾型液晶，调节电压大小，实现可逆电响应图案的制备；
进一步，所述施加电压的区间为0-65V。
为达到上述第六个目的，本发明公开一种如上所述胆甾型液晶在光子图案化领域或防伪领域中的应用。
本发明的有益效果如下：
本发明公开一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用。该胆甾型液晶为包含非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合得到，具有如下优势：
1、本发明的胆甾型液晶可在光辐照时，加热时或是手性掺杂剂变化时，引起胆甾型液晶的光子带隙的改变，实现该胆甾型液晶反射颜色发生红移。
2、本发明的胆甾型液晶采用光图案掩膜板，在首先经过365nm光源辐照下后，光响应的手性偶氮苯从反式构型转变为顺式构型，不同的辐照时间，诱导反式-顺式异构化的转化率不同，使得手性偶氮苯分子在被辐照不同时间后具有各不相同的螺旋扭曲力，实现了在不同辐照时间后，显示出红绿蓝反射色。并且，将经过365nm光源辐照后的胆甾型液晶再次被加热后，背景色和图案色均随温度而发生改变。
3、本发明的胆甾型液晶也表现出对温度敏感的RGB颜色。当手性偶氮苯的浓度从3.8wt％变化到3.4wt％，并保持非响应手性掺杂剂浓度不变，或是非响应手性掺杂剂的浓度从1.4wt％变化到1.0wt％，并保持手性偶氮苯的浓度不变时，反射波长随手性掺杂剂浓度的降低从蓝色红移到红色。选取某一种浓度占比的手性偶氮苯和非响应手性掺杂剂，在升高温度后，可以在较窄的浓度或占比的调整范围内实现较宽的可见范围内的精确控制，样品的反射带隙从蓝色变为红色。
4、本发明的胆甾型液晶在电压作用下显示出可逆的电响应行为。具有蓝色背景和绿色“苹果”图案的图像，在30V以下图像颜色保持不变，随着电压的增加，图像被缓慢擦除。直到电压增加到65V，图像被完全擦除。撤去电压后，图像可以在压力的作用下显现。
5、本发明提供的该胆甾型液晶制备方法简单、成本低廉、适合大规模制备，可用于光子图案化领域或防伪领域中。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的手性掺杂剂浓度和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用。
图2示出本发明的胆甾型液晶在辐照时间和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用。
图3示出本发明的胆甾型液晶的光/热双响应图案化防伪设计。
图4示出本发明的胆甾型液晶的可逆电响应图案的变化效果。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
根据本发明的一个具体实施方式，提供一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶，该胆甾型液晶在由涂覆聚乙烯醇取向层的玻璃片制作而成的液晶盒中平面取向；
所述胆甾型液晶为通过包含非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合得到；所述手性偶氮苯掺杂剂的浓度为3.4-3.8wt％。
胆甾型液晶通常通过将手性化合物掺杂到非手性向列液晶主体中来制备。所得混合物自组织成螺旋状超结构，该结构表现出对某一波长的圆偏振光的选择性反射和特定的旋向性，具体取决于其螺距p和指向矢的扭转方向。手性掺杂剂将非手性向列型液晶转变为胆甾型液晶的能力由其螺旋扭转能力(HTP,β)表示，它与螺旋超结构的螺距p有关，β＝1/cp，其中“c”为手性掺杂剂的浓度。
为了使胆甾型液晶混合物的初始反射带隙位于蓝色的范围内，选取光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂的浓度为3.4-3.8wt％，非响应手性掺杂剂的浓度为1.0-1.4wt％。
示例性的，光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂需要兼具三个功能，一个是作为光响应分子，在UV光辐照后，发生棒状反式-弯曲顺式异构化，使胆甾型液晶在偶氮苯分子不同构型时，具有不同的螺旋螺距p。第二个是作为手性掺杂剂，手性掺杂剂由于具有手性基团，可以诱导向列型液晶形成胆甾型液晶，诱导液晶分子形成螺旋状的排列。第三个是具有温度响应性，可使背景色和图案色均随温度而发生改变。
本实施方式中，采用光图案掩膜版，胆甾型液晶在UV辐照不同时间后，图案色呈现不同的反射色，所述不同辐照时间选自0.2s、0.5s、0.8s、1.6s、1.8s、2.0s或2.3s中的一种。
具体地，采用光图案掩膜版，在被辐照0.2s、0.5s、0.8s、1.6s、1.8s、2.0s或2.3s后，该胆甾型液晶的图案区域，分别呈现海蓝宝石色(523.70nm)、绿松石色(542.86nm)、春绿色(559.58nm)、黄绿色(596.85nm)、黄橙色(623.69nm)、红橙色(641.00nm)和红色(662.19nm)中的一种。
在一个优选示例中，所述非响应手性掺杂剂选自S5011、S811中的一种或两种。手性掺杂剂掺杂到液晶主体中，可以诱导向列型液晶扭曲继而形成胆甾型液晶。
将手性偶氮苯掺杂到向列型液晶中可以诱导向列型液晶扭曲形成胆甾型液晶，但螺旋扭曲力较低。需要掺杂大量手性偶氮苯，以使反射波长在可见光范围内。过高浓度的手性偶氮苯会导致液晶基体的物理性质发生变化，甚至会导致液晶性能的下降。向体系中掺杂与手性偶氮苯分子有相同手性的且具有高螺旋扭曲力的左旋手性掺杂剂S5011，从而降低手性偶氮苯的含量。选取原料中手性掺杂剂的总体质量分数为4.4-5.2wt％。示例性地，适用于本实施方式的手性偶氮苯分子包括但不限于是下述结构式所示化合物：
在又一个优选示例中，所述液晶主体选自E7、SLC1717、5CB中的一种或多种；液晶主体在室温下呈液晶态。
在又一个优选示例中，所述原料中包含：1.0-1.4份非响应手性掺杂剂、3.4-3.8份光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、95.6-94.8份液晶主体，其中，前述各组分的总量为100质量份。
本发明的又一个具体实施方式提供如上所述的胆甾型液晶的制备方法，包括如下步骤：
将非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合均匀，得胆甾型液晶混合物；
将所述胆甾型液晶混合物灌入经过聚乙烯醇摩擦取向的液晶盒中，得所述具有平面取向的胆甾型液晶；
在一个优选示例中，所述混合均匀的方法为：将非响应型手性掺杂剂、光/热响应手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40-60℃烘箱中，直至二氯甲烷挥发完全，即可制备反射蓝色的CLC混合物。
在一个优选示例中，所述平面取向层的制备方法包括如下步骤：
(1)配制作为平面取向层的聚乙烯醇水溶液：
将商业可购买的3g聚乙烯醇白色固体颗粒加入到97mL去离子水中，放置于200℃加热台上搅拌加热溶解5h，即可得到3wt％的聚乙烯醇水溶液。
(2)聚乙烯醇平面取向层所用玻璃片基底的清洁处理方法：
(a)中性清洁剂超声波清洗30min
(b)自来水水流清洗30min
(c)去离子水超声波清洗30min
(d)乙醇超声波清洗30min
(e)放置于80℃的干燥箱中进行烘干处理，待用
(3)聚乙烯醇平面取向层的制备方法：
(a)使用台式匀胶机，干净的玻璃片基材用质量分数为3wt％的聚乙烯醇水溶液以400-800rmp/min转速旋凃10-20s，2000-4000rmp/min转速旋涂20-40s，从而完成聚乙烯醇取向层的制备。另外，在使用台式匀胶机旋涂聚乙烯醇水溶液之前，最好在玻璃片基材上用塑料滴管先滴涂上一层薄薄的聚乙烯醇水溶液。
(b)涂覆有聚乙烯醇水溶液的玻璃片基材被放置于80℃的烘箱中加热1h烘干。用人造丝绒布朝同一个方向上摩擦聚乙烯醇薄涂层进行取向处理，摩擦次数为10-20次。然后，被摩擦取向后的聚乙烯醇薄涂层玻璃片基材用乙醇超声洗涤10min，最后用氮气吹干。
在一个优选示例中，所述液晶盒的制备方法包括如下步骤：
(1)间隔垫的制备：
制备液晶盒所用的间隔垫采用厚度为15μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料薄膜。用剪刀将PET塑料薄膜剪成1mm*3cm的条带。
(2)液晶盒的封装：
取两片平面取向的玻璃片基材，将聚乙烯醇取向层一面沿取向方向平行相对放置。用15μm厚的PET塑料薄膜间隔垫来控制两片玻璃片基材的间距(液晶盒的盒间距)。即，条带被放置在平面取向的玻璃片基材的长轴边缘位置，再覆盖上另一片平面取向的玻璃片基材。然后，采用回形针蘸取少量502胶水，涂抹在玻璃片基材两侧进行封边处理。最后，采用燕尾夹夹住玻璃片基材两侧，置于室温条件下固化502胶水，固化时间约为10min，从而完成空白的液晶盒的制备。
在一个优选示例中，所述具有平面取向的胆甾型液晶的方法包括如下步骤：
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到空白液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
本发明的又一个具体实施方式提供一种手性掺杂剂浓度和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用的方法，包括如下步骤：
将初始颜色为蓝色的具有平面取向的胆甾型液晶放置于加热台上加热，得到反射色位于可见光区的胆甾型液晶。
在一个优选示例中，初始颜色为蓝色的胆甾型液晶，固定手性偶氮苯的浓度或非响应手性掺杂剂的浓度，调节另一手性掺杂剂的浓度，其手性偶氮苯分子的浓度为3.4-3.8wt％，非响应手性掺杂剂的浓度为1.0-1.4wt％；
在一个优选示例中，胆甾型液晶被加热的温度区间为25-52℃；
在一个优选示例中，胆甾型液晶被加热后的光子带隙可调节范围为441-685nm。
本发明的又一个具体实施方式提供一种辐照时间和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用的方法，包括如下步骤：
将初始颜色为蓝色的具有平面取向的胆甾型液晶采用光掩膜版辐照不同时间，得到被辐照区域颜色位于可见光区、非辐照区域为蓝色背景的光子图案，然后再次进行加热，实现对光子带隙的调节。
在一个优选示例中，初始颜色为蓝色的胆甾型液晶，其手性偶氮苯分子的浓度为3.5wt％，非响应手性掺杂剂的浓度为1.4wt％，初始带隙为463.45nm。
在一个优选示例中，采用光掩膜版辐照样品不同时间，不同时间为0.2、0.5、0.8、1.6、1.8、2.0和2.3s。
在一个优选示例中，胆甾型液晶被加热的温度区间为25-52℃；
在一个优选示例中，曝光区域的图案颜色为海蓝宝石色(523.70nm)、绿松石色(542.86nm)、春绿色(559.58nm)、黄绿色(596.85nm)、黄橙色(623.69nm)、红橙色(641.00nm)和红色(662.19nm)。
在一个优选示例中，采用光掩膜版辐照样品0.2s，随后加热整个液晶盒，背景色的光子带隙可调节范围为463.45-679.41nm，图案色的光子带隙可调节范围为523.70-648.86nm。
本发明的又一个具体实施方式提供一种制备胆甾型液晶的可逆电响应图案的方法，包括如下步骤：
将初始颜色为蓝色的具有平面取向的胆甾型液晶采用光掩膜版辐照0.8s，得到被辐照区域为春绿色、非辐照区域为蓝色背景的光子图案，然后再次施加电压，实现光子图案的可逆地擦除和显现。
在一个优选示例中，初始颜色为蓝色的胆甾型液晶，其手性偶氮苯分子的浓度为3.5wt％，非响应手性掺杂剂的浓度为1.4wt％，初始带隙为463.45nm；
在一个优选示例中，采用光掩膜版辐照样品，辐照时间为0.8s，辐照区域颜色为春绿色；
在一个优选示例中，胆甾型液晶被施加电压的区间为0-65V。在达到阈值电压65V时，图案和背景被完全擦除，撤去电压后，手指按压样品，图案和背景重新显现。
本发明的又一个实施方式中，提供如上所述的胆甾型液晶在光子图案化领域或防伪领域中的应用。
由于胆甾型液晶在UV辐照不同时间后呈不同颜色，再次加热液晶盒后，背景色和图案色均发生颜色改变，从而可以很好的应用于图案化防伪领域的应用。
以下结合一些具体实施例对本发明的技术方案进行说明：
实施例1
1、具有聚乙烯醇平面取向层液晶盒的制备
将商业可购买的3g聚乙烯醇白色固体颗粒加入到97mL去离子水中，放置于200℃加热台上搅拌加热溶解5h，即可得到3wt％的聚乙烯醇水溶液。使用台式匀胶机，干净的玻璃片基材用质量分数为3wt％的聚乙烯醇水溶液以400rmp/min转速旋凃10s，3500rmp/min转速旋涂30s，从而完成聚乙烯醇取向层的制备。另外，在使用台式匀胶机旋涂聚乙烯醇水溶液之前，最好在玻璃片基材上用塑料滴管先滴涂上一层薄薄的聚乙烯醇水溶液。涂覆有聚乙烯醇水溶液的玻璃片基材被放置于80℃的烘箱中加热1h烘干。用人造丝绒布朝同一个方向上摩擦聚乙烯醇薄涂层进行取向处理，摩擦次数为10次。然后，被摩擦取向后的聚乙烯醇薄涂层玻璃片基材用乙醇超声洗涤10min，最后用氮气吹干。制备液晶盒所用的间隔垫采用厚度为15μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料薄膜。用剪刀将PET塑料薄膜剪成1mm*3cm的条带。取两片平面取向的玻璃片基材，将聚乙烯醇取向层一面沿取向方向平行相对放置。用15μm厚的PET塑料薄膜间隔垫控制两片玻璃片基材的间距(液晶盒的盒间距)。即，条带被放置在平面取向的玻璃片基材的长轴边缘位置，再覆盖上另一片平面取向的玻璃片基材。然后，采用回形针蘸取少量502胶水，涂抹在玻璃片基材两侧进行封边处理。最后，采用燕尾夹夹住玻璃片基材两侧，置于室温条件下固化502胶水，固化时间约为10min，从而完成空白的液晶盒的制备。
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.5份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到45℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例2
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.1份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.4份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于44℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到35℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例3
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.2份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.3份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于43℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到40℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例4
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.3份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.2份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于42℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到40℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例5
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.4份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.1份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到41℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例6
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.0份非响应手性掺杂剂、3.4份光/热响应的手性偶氮苯、95.6份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于46℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到50℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例7
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.0份非响应手性掺杂剂、3.6份光/热响应的手性偶氮苯、95.4份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到47℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例8
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.0份非响应手性掺杂剂、3.7份光/热响应的手性偶氮苯、95.3份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到48℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例9
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.0份非响应手性掺杂剂、3.8份光/热响应的手性偶氮苯、95.2份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到49℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例10
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.05份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.45份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到44.5℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到空白液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例11
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.15份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.35份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到43.5℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例12
1、聚乙烯醇取向层的制备同实施例1
2、反射蓝色的CLC混合物的制备
1.25份非响应手性掺杂剂、3.5份光/热响应的手性偶氮苯、95.25份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于40℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全。即可制备反射蓝色的CLC混合物。
3、具有平面取向的胆甾型液晶的制备
取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到42.5℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得具有平面取向的胆甾型液晶。
实施例13
手性掺杂剂浓度和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用
采用偏振光学显微镜和光纤光谱仪实时监测胆甾型液晶的反射色变化和光子带隙位置变化。选择反射蓝色的胆甾型液晶作为起始样品进行测试。将灌入胆甾型液晶混合物的液晶盒放置于附带有黑色衬底的热台上，光驱动的CLC表现出温度驱动的红绿蓝反射颜色。当手性偶氮苯的浓度从3.8wt％变化到3.4wt％，并保持非响应手性掺杂剂S5011浓度1.0wt％不变；或是非响应手性掺杂剂S5011的浓度从1.4wt％变化到1.0wt％，并保持手性偶氮苯的浓度3.5wt％不变时，反射波长随手性掺杂剂浓度的降低从蓝色红移到红色(图1A和1B)。典型地，当S5011浓度为1.4wt％，手性偶氮苯为3.5wt％，E7为95.1wt％时，在25℃时，CLCs初始反射色为蓝色，初始反射波长为463.45nm。加热到35℃，出现反射中心在488.02nm的青色，加热到40℃时，它会产生黄绿色，反射中心在526nm。当温度达到50℃时，会产生光子带隙位置在678.63nm的红色(图1C)。温度驱动的反射颜色变化可能是由于随着热能的增加螺旋展开，导致手性偶氮苯的HTP降低。手性掺杂剂浓度和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用如图1所示。
实施例14
辐照时间和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用
采用偏振光学显微镜和光纤光谱仪实时监测胆甾型液晶的反射色变化和光子带隙位置变化。选择反射蓝色的胆甾型液晶作为起始样品进行测试。将灌入胆甾型液晶混合物的液晶盒放置于附带有黑色衬底的热台上。为了将反射带调整到可见光区域，将CLCs混合物的成分调制为3.5wt％的手性偶氮苯分子、1.4wt％S5011和95.1wt％E7。利用基于手性偶氮苯分子的温度响应，热致变色动态颜色图案是通过使用具有苹果形的光掩模的紫外线预辐照写入创建的(图2A)。也就是说，光/热双响应CLC通过两个步骤(第一步：辐照，第二步：加热)实现动态颜色调节。通过改变照射时间和随后的温度来调制颜色。曝光的图案颜色和未曝光的背景颜色由于温度可控而表现出颜色红移的特性。为了研究温度和反射带之间的关系，在不同温度下测量了CLCs混合物的反射光谱(图2C)。对于背景色来说，当温度为25℃时，CLC混合物处于胆甾相和蓝色。当温度高于51℃时，CLC混合物是透明的，因为它处于各向同性相。在25和51℃之间，反射带与数码照片颜色一致。在加热过程中，反射带隙中心在25℃时位于约463.45nm，在51℃时红移至679.41nm。因此，可见光区域可以在25至51℃的温度范围内被完全覆盖。作为对温度变化的响应，这种可调谐反射带隙是由随热能增加而展开的螺旋引起的，这导致CLC的螺距逐渐增加，并导致反射带隙在从25℃加热到51℃期间发生红移。因此，这种CLC混合物具有优异的热致变色性能。对于图案色来说，CLCs分别被照射0.2s、0.5s、0.8s、1.6s、1.8s、2.0s或2.3s时，曝光区域的“苹果”图案显示分别海蓝宝石色(523.70nm)、绿松石色(542.86nm)、春绿色(559.58nm)、黄绿色(596.85nm)、黄橙色(623.69nm)、红橙色(641.00nm)和红色(662.19nm)(图2B)。随后，照射不同时间的“苹果”图案颜色随着温度的升高而发生红移。
热致变色提供对特定温度的可逆颜色响应，该温度可以通过肉眼观察到。然而，热致变色的视觉检测只能粗略解释温度。因此，基于温度响应型手性偶氮苯分子的CLCs应与合适的读出平台集成，将温度诱导的颜色转换为数值。通常，使用光纤光谱仪来测量反射波长。尽管光纤光谱仪提供了对波长移动的精确分析，但该仪器包含的台式设备体积庞大、价格昂贵且不方便户外使用。智能手机在分析方法中的应用越来越引起人们对颜色量化的关注。由于智能手机配备了内置高分辨率摄像头，因此可以从样品中收集颜色数据作为数字图像，然后将其转换为特定值。为了使基于智能手机的颜色分析有效，需要考虑各种图像参数。色调(H)、饱和度(S)和明度(V)颜色空间来源于RGB数据，三个参数中的每一个都可以解释如下：色调(H)，数值介于0和360之间，是主波长颜色，而饱和度(S)是指颜色强度。随着饱和度的增加，颜色看起来越来越纯净。明度(V)是指颜色的明暗程度。H是一个很好的替代参数，因为由单个数值表示的颜色与由波长表示的感知颜色非常匹配。因此，研究了基于温度响应的手性偶氮苯分子对一系列“苹果”图案在不同时间紫外光预照射下的颜色分析。处理包含RGB数据的“苹果”图案的照片图像以提取H参数。使用内置相机(HUAWEI nova 9)捕获热致变色样品的反射彩色图像。相机应用程序设置为自动模式，主体的背景被定义为黑色基板，以获得更加明亮的结构颜色。将图像导入颜色应用程序(Pipettestefan TrostMedia)，从样品的中心区域获得H参数值。通过改变紫外线预照射时间和温度来研究照射时间和温度对感知颜色的影响(图2D1和图2D2)。在每种紫外光预辐照时间内，CLCs在达到清亮点之前，曝光的图案区域的H参数随着温度的升高而降低，这可归因于CLCs的有序度随温度升高而降低。辐照时间和温度发生变化对胆甾型液晶的光子带隙调节作用如图2所示。
实施例15
光/热双响应图案化防伪设计
采用偏振光学显微镜和光纤光谱仪实时监测胆甾型液晶的反射色变化和光子带隙位置变化。选择反射蓝色的胆甾型液晶作为起始样品进行测试。将灌入胆甾型液晶混合物的液晶盒放置于附带有黑色衬底的热台上。与单响应材料相比，双响应光子CLCs在开发防伪图案应用方面具有更大的潜力，可以为用户提供额外的有用信息。通常，这些图案是通过使用光掩模技术在预定义模板中的单个液晶盒中的单个辐照步骤形成的。在这里，我们提出了一种简单的方法来设计防伪图案，背景颜色和“苹果”图案颜色随着温度的升高而变化。与仅显示静态和固定颜色图案的传统CLCs相比，我们的CLCs系统包含光和热驱动源，可以精确地调整图案中的动态颜色。在示例性方式中，“苹果”图案在25℃时以18.6mWcm-2的紫外线强度暴露于紫外线下0.2s，这使得该区域的523.70nm反射带隙固定为海蓝宝石色(图3B1)。然后将样品加热到46℃，使未曝光区域的颜色(背景颜色)从蓝色变为浅绿色，反射波长从463.45nm变为566.73nm(图3A1)。同时，“苹果”图案区域固定为绿黄色，反射带隙为565.94nm(图3B1)。这样，背景颜色和图案颜色的光子带隙位置趋于相同(图3C1和3C2，绿色虚线圆圈)。因此，“苹果”图案被很好地隐藏了。然后，在47℃时，绿黄色背景颜色变为金黄色，反射带隙为601.60nm(图3A1和图3A2)，“苹果”图案重新出现并变为反射带隙为611.08nm的巧克力色(图3B1和图3B2)。在50℃时，略低于各向同性转变温度，背景颜色和图案颜色呈现出不同深浅的褐色。在达到52℃的各向同性温度时，背景颜色和图案颜色大部分变为无色。光/热双响应图案化防伪设计如图3所示。
实施例16
胆甾型液晶的可逆电响应图案的变化效果
通过施加电压，空间图案化的图像可以逐渐被擦除(图4A)。具体来说，在30V以下时，图像颜色保持不变，即背景为蓝色，“苹果”图案为春绿色。在40V时，图像的局部区域被擦除。随后，随着电压从40V增加到60V，图像被擦除的区域逐渐增加。在60V时，“苹果”图案被完全擦除，同时，留下位于图像底部的小区域的蓝色背景。最后，当电压达到65V(1Hz)时，由于螺旋轴从有序取向的平面状态切换到随机排列的散射焦锥状态，图像的背景颜色和图案颜色被完全擦除。撤去电压后，“苹果”图案重新出现，但背景保持无色。有趣的是，由于剪切流引起的取向效应，图像在压力下完全被恢复。
光/热双响应CLC系统的一个优点是具有提供背景和图案全色调谐的潜在能力，以及电可切换成像的能力。反射颜色的光/热/电控制如图4B所示。在365nm的光照射下，在25℃时，通过光掩模在样品中写入春绿色“苹果”图案(图4B1)。在达到52℃的各向同性温度后，图像变为无色(图4B2)，这归因于螺旋轴从有序取向的平面状态(图4C1，4C'1，底部)变化到各向同性状态(图4C2，4C'2，底部)。颜色重新出现随着各向同性状态的冷却。在25℃时，观察到春绿色“苹果”图案和蓝色背景(图4B3)。再一次地，图案化的图像可以通过施加电压来隐藏。施加65V电压后，背景和光写图案的反射色擦除(图4B4)，这是由于螺旋轴从有序取向的平面状态变化(图4C3，4C'3，底部)变化到随机取向的散射焦锥状态(图4C4，4C'4，底部)。只需施加压力即可恢复隐藏的图像(图4B5)。值得注意的是，该图像不需要昂贵的驱动电路或基板表面上的复杂ITO图案，因为仅使用了两个简单的未图案化透明电极。最初形成的CLC织构是平面织构(图4C1，4C'1，顶部)，因为平行排列层提供了强大的锚定，产生单畴织构。畴中的螺旋轴垂直于衬底表面，并且可以获得布拉格反射。当施加65V电压时，织构转换为焦锥织构(图4C4，4C'4，顶部)，这是一种螺旋轴随机排列的散射状态(图4C4，4C'4，底部)。散射光有效地隐藏了通过紫外线照射写入的图像。当对样品施加机械力时，由于剪切流诱导的平面取向效应(图4C5，4C'5，底部)，平面织构出现(图4C5，4C'5，顶部)，原始图片恢复。该结果为开发用于实际应用的光/热/电驱动CLC系统提供了新的启示。
反复使用实施例1-16制备得到的胆甾型液晶进行上述性能测试，结果均与上述相同。
对比例1
我们还制备了其他浓度配比的CLCs，在加热CLCs下，用来研究手性掺杂剂浓度占比对带隙移动程度的影响。2份非响应手性掺杂剂、2份光/热响应的手性偶氮苯、96份液晶主体溶解于二氯甲烷中，置于45℃加热台上搅拌均匀，直至二氯甲烷挥发完全，得到反射蓝色的CLC混合物。取一个空白液晶盒，将所配置的胆甾型液晶混合物加热到50℃至各向同性状态，通过毛细作用，将处于各向同性相的胆甾型液晶混合物灌入到液晶盒中，再冷却到胆甾型液晶温度，得到具有平面取向的反射蓝色的胆甾型液晶。将液晶盒放置于热台上加热，随着温度从20℃升高到50℃，样品反射色从蓝色(480nm)变为绿色(523nm)，直至各向同性时的无色。带隙在可见光区变化量较小，手性掺杂剂浓度配比需要进一步优化。
采用相同制样方法，配置了其他手性掺杂剂浓度占比的CLCs。保持S5011浓度1wt％不变时，手性偶氮苯掺杂剂浓度分别为1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％，相对应着，CLCs的起始带隙分别为619nm、590nm、560nm、531nm、501nm。起始反射色为红色或绿色。随后加热时，CLCs带隙红移，红移后的带隙位于近红外区，肉眼无法看到颜色。因此，以上手性掺杂剂浓度占比不符合在可见光区可调节的条件。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶，其特征在于，所述胆甾型液晶为包含非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合得到；
且所述胆甾型液晶在经过聚乙烯醇水平摩擦取向的液晶盒中为平面取向；
所述手性偶氮苯掺杂剂的浓度为3.4-3.8wt％。
2.根据权利要求1所述的胆甾型液晶，其特征在于，所述胆甾型液晶的初始带隙为441-481nm。
3.根据权利要求1所述的胆甾型液晶，其特征在于，所述非响应手性掺杂剂选自S5011、S811中的一种或两种；
优选地，所述原料中，非响应手性掺杂剂的浓度为1.0-1.4wt％；
优选地，所述液晶主体选自E7、SLC1717、5CB中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的胆甾型液晶，其特征在于，以原料总数为100质量份计，所述原料包含：1.0-1.4份非响应手性掺杂剂、3.4-3.8份光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、95.6-94.8份液晶主体。
5.如权利要求1-4任一项所述的胆甾型液晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将非响应手性掺杂剂、光/热响应的手性偶氮苯掺杂剂、液晶主体混合均匀，得胆甾型液晶混合物；
将所述胆甾型液晶混合物灌入经过聚乙烯醇摩擦取向的液晶盒中，得所述具有平面取向的胆甾型液晶。
6.一种调节胆甾型液晶的光子带隙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
调节辐照时间和加热温度，固定胆甾型液晶的组成不变：
将如权利要求1-4任一项所述胆甾型液晶进行365nm光源辐照；
将在365nm光源下辐照不同时间的胆甾型液晶再次进行加热，实现对光子带隙的调节；
优选地，所述加热的温度区间为25-52℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述胆甾型液晶用365nm光源辐照0.2s或0.5s或0.8s或1.6s或1.8s或2.0s或2.3s后，再将所述胆甾型液晶置于加热台上加热，实现对光子带隙的调节。
8.一种调节胆甾型液晶的光子带隙的方法，其特征在于，包括如下步骤：
调节胆甾型液晶中手性掺杂剂的含量和加热温度，固定辐照时间：
将如权利要求1-4任一项所述胆甾型液晶进行365nm光源辐照；
将经过365nm光源辐照后的胆甾型液晶再次进行加热，实现对光子带隙的调节；
优选地，所述加热的温度区间为25-52℃。
9.一种胆甾型液晶的可逆电响应图案的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
调节施加于胆甾型液晶上的电压大小，固定手性掺杂剂的含量、加热温度和辐照时间：
将如权利要求1-4任一项所述胆甾型液晶进行365nm光源辐照；
将电压施加于经过365nm光源辐照后的胆甾型液晶，调节电压大小，实现可逆电响应图案的制备；
优选地，所述施加电压的区间为0-65V。
10.如权利要求1-4任一项所述胆甾型液晶在光子图案化领域或防伪领域中的应用。
CN202210716763.0A 2022-06-23 2022-06-23 一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用 Pending CN117327494A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210716763.0A CN117327494A (zh) 2022-06-23 2022-06-23 一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210716763.0A CN117327494A (zh) 2022-06-23 2022-06-23 一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117327494A true CN117327494A (zh) 2024-01-02

Family

ID=89293957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210716763.0A Pending CN117327494A (zh) 2022-06-23 2022-06-23 一种具有光/热/电响应的胆甾型液晶、制备及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117327494A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zola et al. Dynamic control of light direction enabled by stimuli‐responsive liquid crystal gratings
Chen et al. Chirality invertible superstructure mediated active planar optics
Guo et al. Reconfiguration of three-dimensional liquid-crystalline photonic crystals by electrostriction
Wang et al. Light‐driven chiral molecular switches or motors in liquid crystals
Hrozhyk et al. Optical tuning of the reflection of cholesterics doped with azobenzene liquid crystals
CN1934222B (zh) 液晶材料
Wang Self-activating liquid crystal devices for smart laser protection
Li et al. Directing dynamic control of red, green, and blue reflection enabled by a light‐driven self‐organized helical superstructure
Oton et al. Monodomain blue phase liquid crystal layers for phase modulation
Hrozhyk et al. Photoinduced isotropic state of cholesteric liquid crystals: novel dynamic photonic materials
Sung et al. Electrically active and thermally passive liquid-crystal device toward smart glass
US9835923B2 (en) Bistable liquid crystal light-modulating device
Shen et al. Recent progress in liquid crystal‐based smart windows: materials, structures, and design
Ma et al. Towards nanoscale molecular switch-based liquid crystal displays
De Filpo et al. Preparation and characterisation of bifunctional reverse-mode polymer-dispersed liquid crystals
CN111423868A (zh) 多稳态、反射色连续可控的双重可擦式防伪技术及其在光信息编码领域的应用
Morris et al. Optically activated shutter using a photo-tunable short-pitch chiral nematic liquid crystal
Lu et al. Wavelength-tuning and band-broadening of a cholesteric liquid crystal induced by a cyclic chiral azobenzene compound
Zhang et al. Programmable engineering of sunlight-fueled, full-wavelength-tunable, and chirality-invertible helical superstructures
Shang et al. Photo/heat/electricity/pressure-driven photonic pattern with multimode memory effect
Lee et al. A different perspective on cholesteric liquid crystals reveals unique color and polarization changes
Zhou et al. Advancements and applications of liquid crystal/polymer composite films
WO2012051127A2 (en) A liquid crystal composition containing chiral dopant, device thereof, and methods thereof
Ghosh et al. Electrical switching of nematic plasmonic nanocolloids for infrared solar gain control
Bobrovsky et al. Fast photo-and electro-optical switching of the polymer-stabilised cholesteric liquid crystal composite prepared by the template method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination