北京時間11月08日消息，中國觸摸屏網(wǎng)訊，工學院楊槐課題組在電場響應(yīng)型液晶光子晶體研究中取得重要進展。北京大學工學院楊槐教授課題組在響應(yīng)型柔性光子晶體研究方面取得重要進展。該研究成果發(fā)表于Advanced Functional Materials，論文題目為“Asymmetric Tunable Photonic bandgaps in Self-Organized 3D nanostructure of Polymer-stabilized Blue Phase I Modulated by Voltage Polarity”。

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響應(yīng)型光子晶體因其可調(diào)控的周期性結(jié)構(gòu)和對特定頻率光波的有效控制，被認為是一種新型智能材料并在下一代納米光子技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景，但精細的微觀結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的制備工藝要求為其發(fā)展帶來了重大挑戰(zhàn)。在眾多有機和無機材料當中，液晶材料既具有晶體的微觀分子排列結(jié)構(gòu)又具有液體的宏觀流動性，因此可自組裝形成周期性結(jié)構(gòu)且對外界刺激保持高敏響應(yīng)，是制備響應(yīng)型光子晶體的一種理想材料。

楊槐教授課題組通過聚合物穩(wěn)定藍相自組裝立方晶格微納結(jié)構(gòu)的方法制備了一種具有電場調(diào)控特性的三維藍相液晶光子晶體薄膜，其光子帶隙在-30℃～60℃范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的熱力學穩(wěn)定性能。室溫條件下，該薄膜在直流電場作用時表現(xiàn)出光子帶隙非對稱雙向移動的電場響應(yīng)特性，且光子帶隙的位置受電場方向和場強大小調(diào)控，移動范圍可覆蓋可見光波段。基于該種材料可制備低激發(fā)閾值的電調(diào)諧藍相液晶激光器，激光波長調(diào)控范圍可達22nm。

 

藍相液晶光子晶體電場響應(yīng)示意圖：（a）無電場；（b）施加負向電場；（c）施加正向電場

通過一系列對比實驗發(fā)現(xiàn)聚合物網(wǎng)絡(luò)的存在和結(jié)構(gòu)對薄膜電場響應(yīng)特性起至關(guān)重要的作用。掃描電鏡圖片表明該薄膜具有自上而下密度逐漸降低的非均勻聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在直流電場作用下，帶正電的聚合物網(wǎng)絡(luò)受定向電場作用力發(fā)生移動且運動方向受電場方向控制，從而造成藍相晶格結(jié)構(gòu)的拉伸或壓縮，進而表現(xiàn)出光子帶隙的雙向移動。研究者認為，通過控制液晶盒厚、聚合溫度、可聚合單體質(zhì)量分數(shù)、紫外光強度等實驗條件，可定性地控制藍相三維周期性結(jié)構(gòu)中聚合物網(wǎng)絡(luò)的形貌和微觀結(jié)構(gòu)，進而制備出具有多種電場響應(yīng)特性的藍相液晶光子晶體。該種電場響應(yīng)型三維柔性液晶光子晶體薄膜材料的響應(yīng)時間快，重復(fù)性和穩(wěn)定性良好，有望在反射型液晶顯示、可調(diào)光柵、可調(diào)激光器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

論文第一作者是北京大學工學院材料科學與工程系博士生王萌。本研究工作得到了國家自然科學基金的支持。

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