理化所等在蓝相液晶光子晶体研究中取得进展

  软物质材料的制备、性能表征和光学应用研究已成为当前研究热点。蓝相液晶作为典型的软物质材料,介于各向同性态和胆甾相之间的相态具有不同的晶体对称性,从各向同性态开始降温,依次出现非晶态蓝相III (BPIII),具有O2 (P4232)对称性的蓝相II (BPII)和具有O8 (I4132)对称性的蓝相I (BPI)。目前,仍缺乏对蓝相液晶BPIII,BPII和BPI间相变过程的动态研究,其相变机理仍不清楚。 

  近日,中国科学院院士、理化技术研究所仿生材料与界面科学中心研究员江雷,研究员王京霞联合华东理工大学教授郑致刚,复旦大学,中科院化学研究所和日本中央大学等,在Nature Communications上发表了题为Diffusionless transformation of soft cubic superstructure from amorphous to simple cubic and body-centered cubic phases的研究论文。基于理化所前期研究发展的超稳定聚合物蓝相液晶光子晶体膜的制备(耐温范围 -190 ℃~350℃),结合透射电镜、二维光学表征、同步辐射、原位激光及偏光显微镜对蓝相液晶实空间微观尺度和倒空间的动态观察,揭示出蓝相液晶BPIIIBPII和BPIIIBPI是非扩散相变过程,BPIIBPI之间是热弹性马氏体相变过程。利用蓝相液晶的非扩散相变特征,制备出大色块多畴蓝相液晶膜,实现了60 μm晶畴的微区激光和温度可调控二进制三进制二进制码。此外,科研人员以BPIIBPI热弹性马氏体相变为模型,证明热弹性马氏体相变过程具有两步转变过程。 

  论文通讯作者为王京霞和郑致刚,论文第一作者为理化所研究生刘捷。研究工作得到科技部纳米科技重点专项、国家自然科学基金面上项目的支持。 

  论文链接

图1.蓝相液晶相变过程中织构的演变,聚合物稳定蓝相液晶在Stage IV具有-190-340 ℃的温度稳定性 

 

图2.透射电子显微镜(TEM)和同步辐射小角X射线衍射(Syn-SAXS)表征单相的BPI和BPII 

 

图3.TEM和Syn-SAXS表征Stage IV中核壳结构的BPII/BPI,BPIII/BPI,和BPIII/BPII晶界 

 

图4.非扩散相变中晶面关系的角度分辨微区光谱(ARM)测试和模拟 

 

图5.二进制/三进制二维码 

 

图6.温度可调二进制/三进制二维码防伪应用 

 

图7.热弹性马氏体相变过程中的带边激光研究 

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