专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法，属于液晶领域，首先将胶体液晶溶液置入基底上，并采用刮涂的方法使之预取向，然后使用机械臂控制微米级的探针在液晶中进行可控移动，利用移动产生的局部剪切场，可以实现对液晶基元取向结构的有效调控。本发明通过采用微米级的探针和具有微米级移动精度的机械臂，可以制备出具有微米尺度取向微结构的胶体液晶。此外，这种剪切取向的方法能耗低、效率高、可实现的结构也比传统方法更加广泛。

权利要求

1.一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法，其特征在于，利用机械臂控制的微米级探针，在液晶中产生局部剪切场，再通过局部剪切场来实现对液晶基元的取向调控；包括以下步骤：

(1)将胶体液晶溶液刮涂在基底上，得到液晶基元均匀预取向的胶体液晶， 所述胶体液晶溶液的浓度大于其液晶相变浓度；

(2)通过机械臂控制微米级的探针浸没在步骤(1)得到的预取向的胶体液晶中，进行可控运动，实现对液晶基元取向结构的调控。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中所述胶体液晶溶液中液晶基元的长径比大于1000。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(1)中所述基底与胶体液晶溶液的表面同为亲水性或同为疏水性。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)中所述微米级的探针直径范围为1-1000微米。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)中所述微米级的探针的运动速度为0.1-1000毫米/秒。

说明书

技术领域

本发明属于液晶领域，尤其涉及一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法。

背景技术

液晶是一类介于固体和液体之间的中间相，它既有液体的流动性，也具有部分固体的结构有序性。液晶材料一般分为热致液晶和溶致液晶：热致液晶会随着温度的降低从没有液晶的各向同性液体转变为具有取向有序性的液晶态；而溶致液晶则会随着液晶基元在溶液中浓度的升高而转变为液晶态。液晶材料这种独特的结构特点使得它的物理性能具有显著的各向异性，如对光的双折射，对磁场的各向异性响应等；而液晶的相变行为也使得它对温度和浓度都有着敏感的响应性。因此，液晶材料在显示屏、各向异性弹性体、智能响应材料、功能传感器等诸多领域都有着广泛的应用。

对于液晶材料的应用而言，有效控制其液晶基元的取向结构是影响其应用的决定性因素。现有的控制液晶基元取向的方法主要是通过高强度的磁场(Adv.Mater.29,1604453(2017).)或者高频率的电场(Nat.Mater.13,394-399(2014).)来实现对液晶基元的可控取向的。这类方法主要具有如下缺点：

(1)高强度的磁场和高频率的电场需要极大的外界能量供应，能耗很大，同时，这些方法对设备的要求很高，生产成本极大。

(2)要实现对液晶基元的取向，需要预先对电磁场本身进行设计，得到图案化的电磁场，流程复杂，生产周期过长。

(3)现有的对电磁场的图案化的方法精度有限，限制的对液晶取向调控的精度。

(4)现有的电磁场取向法，一般只适用于长径比很小(<1000)的液晶基元，长径比过大(>1000)的液晶由于需要极大的能量来使之取向，使得现有的方法很难生效。

(5)现有的方法一般只适用与低长径比的液晶基元，而低长径比的液晶基元的取向很容易被分子热运动所扰动，因此，需要持续地施加电磁场来维持所需的取向结构，这也大大限制了液晶的应用。

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种高精度/低成本、高效率的胶体液晶中调控液晶基元取向的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法，包括以下步骤：

(1)将胶体液晶溶液刮涂在基底上，得到液晶基元均匀预取向的胶体液晶。所述胶体液晶溶液的浓度大于其液晶相变浓度。

(2)通过机械臂控制微米级的探针浸没在步骤(1)得到的预取向的胶体液晶中，进行可控运动，实现对液晶基元取向结构的调控。

进一步地，步骤(1)中所述胶体液晶溶液中液晶基元的长径比大于1000。

进一步地，步骤(1)中所述基底与胶体液晶溶液的表面同为亲水性或同为疏水性。

进一步地，步骤(2)中所述微米级探针直径范围为1-1000微米。

进一步地，步骤(2)中所述微米级探针的运动速度为0.1-1000毫米/秒。

本发明的有益效果在于：

(1)借助探针运动产生的剪切力来控制液晶基元的取向，其制备流程简单快捷，便于操作，对设备要求低，生产周期短，生产效率高；

(2)对液晶取向的调控是基于液晶对剪切力的各向异性响应实现的，不需要能耗极大的电磁场的辅助，生产成本低；

(3)对取向结构的调控精度高，可以在微米尺度有效控制液晶的取向结构；

(4)可以有效适用与超大长径比(>1000)的液晶体系，同时，所得到的取向结构可以独立稳定存在，不需要外场来维持。

综上，本方法得到的相变调温涂料具有低成本、高精度、流程简单、对设备要求低、适用范围广等特点，相比传统的电磁场调控方法具有显著优势，是未来调控液晶取向的重要方法之一。

附图说明

图1是经本发明的局部剪切控制液晶基元取向的流程图。

图2为本发明实施例1-4的偏光显微镜图：图2的a为实施例1的氧化石墨烯液晶的图案化取向结构的偏光显微镜图；图2的b为实施例2的氧化石墨烯液晶的图案化取向结构的偏光显微镜图；图2的c为实施例3的纤维素纳米液晶的图案化取向结构的偏光显微镜图；图2的d为实施例4磷酸锆液晶的图案化取向结构的偏光显微镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述发明的内容做出一些非本质的改变和调整均属本发明的保护范围。

如图1为本发明的局部剪切控制液晶基元取向的流程图，该方法利用机械臂控制的微米级探针，在液晶中产生局部剪切场，再通过局部剪切场来实现对液晶基元的取向调控。

实施例1：

(1)将平均片径在15微米(10000<长径比<20000)，浓度为3g/L的氧化石墨烯液晶溶液刮涂在玻璃基底上，得到1mm厚度的预取向的氧化石墨烯液晶层。

(2)将有机械臂控制的直径为10微米的探针浸没入由步骤(1)得到的氧化石墨烯液晶中，浸没深度为0.5mm。

(3)通过机械臂控制探针以5mm/s的速度在氧化石墨烯液晶中按照程序路径进行移动，得到具有图案化取向结构的氧化石墨烯液晶。

经以上步骤，得到的具有200微米精度的图案化取向结构的氧化石墨烯液晶，取向结构规整有序，可进一步用于对氧化石墨烯液晶材料的力学、电学性能的调控，如图2的a所示。

实施例2：

(1)将平均片径在25微米(20000<长径比<30000)，浓度为1g/L的氧化石墨烯液晶刮涂在玻璃基底上，得到2mm厚度的预取向的氧化石墨烯液晶层。

(2)将有机械臂控制的直径为1000微米的探针浸没入由步骤(1)得到的氧化石墨烯液晶中，浸没深度为0.3mm。

(3)通过机械臂控制探针以0.1mm/s的速度在氧化石墨烯液晶中按照程序路径进行移动，得到具有图案化取向结构的氧化石墨烯液晶。

经以上步骤，得到的具有200微米精度的图案化取向结构的氧化石墨烯液晶，取向结构明显，如图2的b所示。

实施例3：

(1)将长径比为2000，浓度为5wt.％的纤维素纳米晶液晶溶液刮涂在刮涂在PMMA基底上，得到1mm厚度的预取向的纤维素纳米晶液晶。

(2)将有机械臂控制的直径为20微米的探针浸没入由步骤(1)得到的纤维素纳米晶液晶中，浸没深度为0.2mm。

(3)通过机械臂控制探针以1000mm/s的速度在纤维素纳米晶液晶溶液中按照程序路径进行移动，得到具有图案化取向结构的纤维素纳米晶液晶。

经以上步骤，经以上步骤，得到的具有200微米精度的图案化取向结构的纤维素纳米晶液晶，取向结构规整有序，可进一步用于对纤维素纳米晶材料的光学性能的调控，如图2的c所示。

实施例4：

(1)将长径比为5000，浓度为5wt.％的磷酸锆液晶溶液刮涂在刮涂在PET基底上，得到1mm厚度的预取向的纤维素纳米晶液晶。

(2)将有机械臂控制的直径为1微米的探针浸没入由步骤(1)得到的磷酸锆液晶溶液中，浸没深度为0.5mm。

(3)通过机械臂控制探针以1mm/s的速度在磷酸锆液晶溶液中按照程序路径进行移动，得到具有图案化取向结构的磷酸锆液晶溶液。

经以上步骤，经以上步骤，得到的具有200微米精度的图案化取向结构的磷酸锆液晶液晶，取向结构规整有序，可进一步用于对磷酸锆液晶材料的力学性能的调控，如图2的d所示。

一种胶体液晶中调控液晶基元取向的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。