向锦山 黄建成 杨洋 赵晨曦 李帅 徐向阳 赵玉真

摘 要：具有选择性反射特性的胆甾相液晶材料因其特殊的光学性能及其在液晶光能板、光增亮膜、液晶调光玻璃、液晶调光膜以及激光防护、红外隐身等各个领域具有非常广泛的应用前景，因而成为国内外科研工作者的研究热点，目前，研究者已经提出多种行之有效的拓宽反射波带的方法。通过对各个材料体系的研究，胆甾相的反射波宽得到了有效的拓寬，为胆甾相液晶材料的实际应用奠定了基础。

关键词：液晶;胆甾相;选择项反射

自然界的物质通常以三种状态存在：固态（包括晶态和非晶态）、液态和气态。当外界的条件发生变化时，大多数物质直接由一种相态转变成另一种相态。但有些特殊结构的物质并不是从晶态直接转变成液态，而是经过一系列的中间态：一是像晶体的流体，二是像液体的晶体，前者称为液晶态，后者称为塑晶态。而液晶就是对处于液晶态下的物质的统称，即介于各向同性的液体和完全有序的晶体之间的一种取向有序流体。液晶相变时具有严格的焓变和熵变，因此液晶态是热力学上稳定的相态。液晶这个看似矛盾的定义恰恰如实描述了液晶这一特殊的相态，即同时具有晶体的各向异性和液体的流动性。从微观上看，晶体、液晶、液体之间的主要区别是：液体是各向同性的;晶体有取向序和位置序;而液晶有取向序、无位置序。液晶分子能够在磁场、电场、温度、光辐照、机械应力等外场条件刺激下排列或分子有序度发生变化，从而使器件的光学性质发生改变[1，2]。

在众多液晶相态中，胆甾相由于其特殊的一维自组装螺旋结构和选择性光反射特性而备受研究者的关注。胆甾相被认为是向列相的一种特殊状态，也常被称为手性向列相。胆甾相的形成方式主要有两种，第一种是分子本身含有手性碳原子或其他不对称结构，第二种是在向列相或近晶相液晶中掺入手性化合物，目前绝大多数的胆甾相液晶是采用第二种方法制备。胆甾相液晶的选择性反射功能为其应用奠定了坚实的基础，胆甾相液晶宽波反射薄膜不仅可以作为光增亮膜应用于液晶显示器，还能作为反射层应用于建筑节能、激光防护等领域，这些优点使其具有重要的商业价值[3-8]。然而，如何在所需反射波谱范围内实现谱带的拓宽仍是 胆甾相液晶急需解决的关键问题之一。本文介绍了近年来宽波反射胆甾相液晶材料的研究进展，并对其应用进行了展望。

制备具有螺距梯度分布的胆甾相液晶是获得宽波反射薄膜的一种简单、有效的方法。Broer等通过使用双官能度手性液晶性可聚合单体、单官能度液晶性可聚合单体、紫外光吸收染料和光引发剂的材料体系获得了具有宽波反射效果的胆甾相液晶薄膜。其原理是由于紫外光吸收染料的存在，紫外光照时在液晶盒厚方向自上而下可形成紫外光强梯度。双官能度的可聚合单体分子在反应过程中的消耗速率快于单官能度可聚合单体，因此双官能度单体聚合速度快并倾向于向上表面扩散，单官能度单体聚合速度慢而倾向于向下表面扩散。复合薄膜材料由于具有这种螺距自上而下逐渐变大的螺距梯度分布结构而可反射 400- 750 nm可见光波长范围的右旋圆偏振入射光[9]。

Chen等合成含有偶氮苯发色团的联二萘光响应手性分子，并将所制备的分子与向列相液晶混配制备胆甾相液晶，将光响应性胆甾相液晶和层状胆甾相液晶结构设计进行有机结合，制备了光响应性层状胆甾相液晶复合薄膜材料。该薄膜材料由三层胆甾相液晶叠加而成，第一层和第三层采用先旋涂后聚合的方法制备，第二层利用毛细作用灌入。制备出来的薄膜不但具有多个反射带，也具有光响应性[10]。Kralik 等将分别反射蓝光、绿光、红光的三层胆甾相液晶样品叠加在一起，其反射波宽成功覆盖可见光区域，并研究了其与四分之一波片搭配后在显示器背光源系统中的光增亮效果[11]。Zhao等人通过在液晶盒器件内制备具有左旋性能的聚合物稳定胆甾相液晶薄膜，然后通过洗出灌入法，重新灌入含有右旋联萘基手性偶氮分子的胆甾相液晶，制备了具有光可调控的双反射带胆甾相液晶薄膜，当形成的左旋与右旋螺距相匹配时，在某一波段可实现全反射效果[12]。

通过调节手性化合物螺旋扭曲力变化进而诱导螺距非均匀分布也是制备宽波反射胆甾相液晶薄膜的一种有效手段。Wang等人制备了具有光响应性的联萘基偶氮手性分子/上转换纳米粒子/向列相液晶符复合体系。采用980nm的近红外光替代紫外光来调控复合材料的选择性反射，并且通过调节近红外光的强度来间接控制联萘基偶氮手性分子的手性大小，进而调控液晶复合材料的螺距，从而可以实现红、绿、蓝三种不同反射颜色的光在单一薄膜中的可逆动态调控，还可以避免高强度的紫外光对复合材料造成的损伤[13]。Yang等合成了螺旋扭曲力随温度升高而增大的手性化合物，通过制备液晶性可聚合单体/向列相液晶/手性化合物复合体系，获得了反射波宽随温度升高而变宽的高分子稳定胆甾相液晶薄膜[14]。

胆甾相液晶材料由于其特殊的结构、选择性光反射及潜在广泛应用而备受瞩目，国内外研究者通过改进手性化合物的结构、完善液晶材料的体系以及寻找新的研究方法上不断努力创新，使得具有选择性反射的胆甾相液晶在液晶光能板、光增亮膜、液晶调光玻璃、液晶调光膜以及激光防护、红外隐身等各个领域得到广泛应用。在选择性反射胆甾相液晶研究领域，开发新材料体系、寻找新方法、简化制备工艺、降低成本将是未来研究的主导方向。

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基金项目：陕西省大学生创新创业训练计划项目S201912715019

（作者单位：西京学院 理学院，陕西 西安 710123）