5月20日上午，肯特州立大学液晶研究中心及化学物理系终身教授杨登科受黄明俊教授邀请给前沿软物质学院的同学作“液晶的挠曲电效应及其应用”的主题报告，介绍液晶挠曲电效应的相关概念以及产业化应用进程。

　　从统计平均的角度来看，一般的液晶分子是杆形的长棒状，如5CB，有绕分子长轴的自旋和分子短轴的翻转两种运动状态。随着温度的降低液晶分子因为取向和位置有序性的差异会呈现不同的相态。单轴性液晶分子内部存在一个电偶极矩，会和电场发生相互作用，棒状结构使得在分子的长轴和短轴方向上的介电效应存在差异，具有介电各向异性。液晶的取向相变可以分为散体相变（Splay deformation）、扭曲形变（Twist deformation）、弯曲（Bend deformation），无外加电场情况下，均匀取向单轴向列相液晶具有非极性对称性，若液晶取向不均匀且组成分子不是圆柱形，偶极子的指向方向不再平均。梨形分子指向矢的展曲形变会破坏与指向矢垂直平面的反射对称性，自发极化方向可能沿指向矢的方向，而对香蕉形分子来说，弯曲形变会破坏沿着指向矢的旋转对称性，可能产生沿的自发极化，指向矢形变诱导极化被称为挠曲电效应，具有较大的挠曲电系数是很重要的。

　　接着杨教授从三个方面介绍了液晶挠曲电效应的应用场景，第一是在液晶挠曲电效应基础上液晶光栅的构筑。建立在挠曲电效应上的液晶光栅具有非常高的透过率（~90%），可以通过电场调控光栅周期大小，几乎与入射光的角度无关和不需要偏振片以及额外的电极条等优点，可以应用于衍射光学（diffraction optics）、激光显示（laser display）、光束控制（beam steering）、可切换全息影像（switching holograms）等方面。研究发现挠曲电相互作用能量密度（flexoelectric interaction energy density）在与电场成正相关，介电相互作用能量密度（dielectric interaction energy density）与电场的二次方成正相关，所以在高电场强度时，介电效应会占据主导地位。第二个方面是利用挠曲电效应制备波导显示器。传统液晶显示器需要使用偏正片和彩色滤光片所以透过率非常低，并且是非透明的，利用挠曲电效应制备的波导显示器克服了上述缺点，在低频和低幅度的交流电压作用下，液晶分子在保持均匀的周期结构时会跟随电场运动，无介电效应和散射光，是透明的；若施加高频或者高幅度的电压，液晶分子不能跟随电场运动，且存在介电效应，所以会形成多畴结构而发生光散射，是非透明的。最后杨教授讲解了建立在挠曲电效应上如何设计双模式的智能窗户，利用具有挠曲电效应的液晶和二色性染料分子设计的智能窗户既能够控制能量的流动（Control radiant energy flow）也能控制隐私（Control privacy），未施加电压时，液晶分子和染料分子在垂直配向膜的作用下是垂直排列的，垂直基板入射的光会直接通过不被染料分子吸收；施加高频电压，介电效应使得负性液晶分子带动染料分子垂直电场方向排列，吸收入射光，可以控制能量；施加低频电压，挠曲电效应使得液晶分子形成多畴结构，发生光散射，可以控制隐私，两种模式的切换很容易操作。

杨登科教授的主要研究方向为胆甾相液晶、液晶/聚合物复合材料及电光器件，是世界著名的液晶物理与器件方面的科学家，是高分子稳定液晶材料和双稳态液晶显示材料与器件的奠基者之一。杨登科教授已从事液晶科学与应用的研究近30年，是本领域内公认的具有影响力的学者。

图文：前沿软物质学院

编辑：余锦婷

审核：黄明俊