近晶相液晶超结构的多元外场调控.pdf

第 39 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.39 No.3Mar.2024液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays近晶相液晶超结构的多元外场调控张涵，王龙洋#，朱柏翰，王泽宇，魏阳*，马玲玲*，陆延青（南京大学 现代工程与应用科学学院，江苏 南京 210093）摘要：利用液晶的自组装和刺激响应特性，实现近晶相液晶多层级超结构的灵活构筑、动态操控和多功能应用对于激发更多前沿的创新性功能器件并推动液晶超结构的实用化进程具有重要意义。本文从近晶相液晶超结构的生长制备、多元外界刺激对缺陷结构的调制方法和动态调控规律等方面进行系统研究。首先，探究了图案化取向场和旋涂条件对近晶相液晶拓扑超结构的形态与大小的操控；然后，验证了焦锥畴超结构的微透镜成像功能，并通过材料复合优化和引入聚合物稳定策略，实现了正方焦锥畴阵列在 35 下（向列相）的电刺激动态调控性能；最后，研究了手性、光场和热场对双相态液晶超结构带来的多维度调控。本研究充分利用光取向场、聚合物网络、电场、手性、光场等多元外场刺激，实现了对近晶相液晶多层级超结构的多维度调控。关键词：液晶；近晶相；光控取向；超结构；动态调控；手性中图分类号：O753+.2；O437 文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2024-0066Modulation of smectic liquid crystals superstructures under multiple external fieldsZHANG Han，WANG Longyang#，ZHU Bohan，WANG Zeyu，WEI Yang*，MA Lingling*，LU Yanqing（College of Engineering and Applied Sciences，Nanjing University，Nanjing 210093，China）Abstract：Making full use of the self-assembly and stimulus-response properties of liquid crystals（LCs）to achieve flexible construction，dynamic manipulation and multi-functional applications of smectic LC hierachical superstructures has great significance for stimulating more cutting-edge innovative devices and pushing the practical application of LC superstructures.This research focuses on preparation and self-assembly of smectic LC superstructures，modulation of defect structures by multiple external stimuli，and dynamic regulation laws.First，the shape and size modulation of smectic LC topological superstructures by photopatterning and spin-coating parameters were explored.Then，the microlensing function of the focal conic domain arrays was verified.Through optimization of composite material and proposing the polymer-文章编号：1007-2780（2024）03-0289-10收稿日期：2024-02-03；修订日期：2024-02-22.基金项目：国家重点研发计划（No.2022YFA1405000，No.2021YFA1202000）；国家自然科学基金（No.62375119）；江苏省自然科学基金（No.BK20212004）；江苏省基础研究计划（No.BK20232040）Supported by National Key Research and Development Program of China（No.2022YFA1405000，No.2021YFA1202000）；National Natural Science Foundation of China（No.62375119）；Natural Science Foundation of Jiangsu Province（No.BK20212004）；Basic Research Program of Jiangsu Province（No.BK20232040）#共同第一作者*通信联系人，E-mail：；第 39 卷液晶与显示stabilized strategy，dynamic regulation of the square focal cone domain array under electric field at 35 （i.e.，nematic phase）was demonstrated.Finally，this paper also studied multi-dimensional control of smectic LC topological superstructures by introducing chirality，light field and thermal field.This study combines multiple external field stimuli，such as photoalignment，film thickness，polymer network，electric field，chirality，and light field to achieve multi-dimensional control of the hierachical superstructure of smectic LCs.Key words：liquid crystal；smectic phase；photoalignment；superstructure；dynamic control；chirality1 引言微纳尺度的多层级嵌套有序超结构在高性能新材料的开发中发挥着重要作用。自然界的许多现象，如荷叶“出淤泥而不染”的自净能力1、蝴蝶绚丽多彩的翅膀2、水黾的“轻功水上漂”3等，都源于生物体内存在的特殊的多层级超结构。人们从大自然中汲取灵感，研制出无数接近甚至超越生物材料的结构和功能材料，为新材料的发展做出了重要贡献。因此，开展多层级超结构操控与性能研究具有重要意义。液晶是介于液体和晶体之间的第四种状态，既有液体的流动性，又有晶体的有序性4-7。液晶通过自组装可以形成丰富的多层级超结构，如胆甾相液晶指纹织构8、蓝相液晶双螺旋超结构9-11和近晶相液晶焦锥畴超结构12-13等，这些超结构在 基 础 科 学 和 应 用 研 究 中 均 发 挥 着 重 要 作用14-20。同时，液晶还能对光、电、磁、声、热、力等各种外界刺激做出反应，这使其成为智能软物质领域的佼佼者21-23。近晶相液晶相比于其他液晶相态有序度更高24，液晶分子分层排列。当近晶相液晶分子层与硬质表面相互作用时，受到表面锚定作用导致分子排列发生跨尺度形变，极易在微观尺度上诱导焦锥畴阵列等复杂拓扑缺陷结构的形成。尽管这些拓扑缺陷被证明在光电、传感器、微操纵等诸多领域具有重要应用潜力，但要实现可预测和可重构的缺陷结构调控仍是一个巨大的挑战。为此，在国际方面，韩国科学技术院 H.T.Jung 等人先后提出了多向摩擦和多重压印法来控制环面焦锥畴阵列，获得了具有不同对称性的环面焦锥畴阵列25-26。韩国科学技术院 D.K.Yoon 等人利用面内电场使环面焦锥畴结构在相转变过程中转变为锯齿形结构和各向异性的焦锥畴结构27-28。法国索邦大学 E.Lacaze 等人进一步发现，材料在近晶 A 相向近晶 C 相转变过程中会产生一种与油纹垂直的周期性皂色条纹结构29。在国内，北京大学杨槐教授与中科院理化研究所熊桂蓉研究员等人通过制备周期性三噻吩类近晶相液晶微米线材料，在低温下获得了具有高载流子迁移率的大面积有序微条结构30。香港科技大学郭海成教授、北京航空航天大学郭琦教授和西北工业大学马营教授等人基于近晶 C*相（铁电）液晶材料的快速响应性开发了一系列电驱动光开关、偏振光栅、叉形光栅、Pancharatnam-Berry 透镜等光学元器件31-33。还有研究学者提出利用自组装单层膜、氢键自组装等方法取向铁电液晶，从而使器件具备良好的抗振动能力和百微秒量级的响应时间等。上述研究多集中在近晶相液晶缺陷结构的制备和利用近晶相液晶材料构建快速响应器件方面，很少关注近晶相液晶材料的自组装多层级超结构转变及其动态调控与机制研究。近年来，本研究团队在近晶相液晶焦锥畴超结构和胆甾相液晶指纹超结构的光控取向操控方面取得了系列进展34-37，并基于受控超结构报道了仿生自驱动可编程执行器和四维可视化成像技术38-39。可以想象，如果能够引入多元化外场，利用液晶的刺激响应特性，实现近晶相液晶多层级超结构的高效动态调控，将有望激发更多基于液晶超结构的前沿创新性功能化器件。本文聚焦近晶相液晶超结构的自组装过程、多元外场相互作用、外界刺激对焦锥畴缺陷超结构的动态调控规律等方面进行了研究。首先，本文研究了光取向和液晶膜厚对近晶相液晶正方焦锥畴阵列的形态和大小的操控。然后，通过材料复合引入聚合物稳定策略，研究了特定温度下正方焦锥畴微透镜阵列的电刺激动态调控性能。最后，研究了近晶相液晶拓扑超结构在引入手性290第 3 期张涵，等：近晶相液晶超结构的多元外场调控后带来的多维度调控，通过温控切换胆甾相液晶指纹超结构和近晶相液晶焦锥畴超结构，实现了同一材料体系双相态多层级超结构的功能集成。2 近晶相液晶超结构在不同膜厚和取向条件下的受控调制近晶相液晶相比于向列相和胆甾相液晶，其有序度更高，呈层状结构。当近晶相液晶薄膜上下表面处于对抗性的表面锚定条件下，即上下表面液晶分子受到不同方向的锚定，致使液晶分子层无法保持原本的平行层结构时，为保持液晶分子层间距恒定，分子层会发生一定程度的展曲形变以适应锚定条件。在液晶弹性能和各向异性表面锚定能的共同作用下，最终形成体系能量最低的缺陷态超结构阵列，如焦锥畴（Focal Conic Domain，FCD）、油纹等。在 FCD 缺陷态结构中，存在两条共轭的缺陷线于两个正交的平面内。根据取向情况的不同，缺陷线具有不同的形态（如一组共焦的椭圆和双曲线的一支，或一组共焦的抛物线等）。发生形变的液晶分子层围绕上述特征缺陷线紧密包裹，最终形成一系列类似于杜宾环面的周期性层状结构。当近晶相液晶薄膜厚度小于一定程度时，液晶分子将自组装形成垂直于取向的周期性油纹超结构，周期为百纳米至微米级。油纹内部存在一系列半圆柱状液晶分子层、旋转晶界和相互平行的位错线。2.1均匀取向下膜厚对超结构的作用规律当均匀平面取向时，近晶相液晶分子 8CB 将组装形成正方焦锥畴（Square Focal Conic Domain，SFCD），偏心率为e=12，双曲线的两条渐近线恰 好 垂 直，故 而 得 名。由 于 取 向 诱 导，此 时SFCD 大小均匀，排列有序，并且 SFCD 的朝向（缺陷结构的偏心方向）平行于取向方向，如图 1所示。实验中，我们在 25 室温环境下，将取向后的玻璃基板放置在热台上加热至 55。用毛细玻璃管蘸取少量 8CB 均匀涂覆玻璃基板，迅速将其转移到旋涂仪吸头处，设置不同转速旋涂 30 s，从而获得不同厚度的液晶薄膜。图 2展示了在偏光显微镜下观察到的不同转速下的液晶织构图。当转速小于 5 500 r/min 时，膜厚较厚，呈 SFCD结构。SFCD 尺寸随膜厚减少而单调减少，随着取向锚定作用逐渐增强，结构排列逐渐整齐。而当转速超过 6 000 r/min 时，FCD 结构转变为周期性 Zigzag 结构。这是由于当液晶膜厚小于某一程度后，液晶分子层受取向层作用更明显，分子层展曲方式发生改变，最终形成 Zigzag 结构。图 2（e）中白色框中展示了典型的畴结构单元，正是这样的畴结构单元交替排列形成了 Zigzag 阵列。Zigzag 结构的平均宽度随液晶膜厚减小而变小。2.2二值突变取向下膜厚对超结构的作用规律利用光控取向技术结合自主研发的基于数字微镜阵列（Digital Micromirror Device，DMD）的微缩投影曝光系统40，进一步实现了对近晶相图 2均匀取向下不同旋涂转速对超结构的作用规律。（a）2 000 r/min；（b）4 000 r/min；（c）5 000 r/min；（d）5 500 r/min；（e）6 000 r/min；（f）7 000 r/min；（g）9 000 r/min；（h）11 000 r/min。比 例 尺 为10 m。Fig.2Influence of spin-coating speeds on FCD and Zigzag structures under homogeneous alignment.（a）2 000 r/min；（b）40 00 r/min；（c）5 000 r/min；（d）5 500 r/min；（e）6 000 r/min；（f）7 000 r/min；（g）9 000 r/min；（h）11 000 r/min.The scale bar is 10 m.图 1SFCD的层级结构及其内部缺陷线示意图Fig.1Schematic diagram of the structure and line defects of SFCD291第 39 卷液晶与显示液晶的 FCD图案化操控。首先，本研究利用光控取向技术引入二畴结构，取向方向相对于中心分界线分别为+45和-45。在这两个取向畴内，临近取向层附近的液晶分子将被诱导相互垂直排列。当转速较低（3 000 r/min）时，得到的液晶膜较厚，由于层状液晶体系最小自由能的约束，在同一个取向周期内形成朝向相互垂直的 SFCD 阵列，在特定的奇（偶）畴边界处形成系列半环面 FCD，如图 3（a）矩形框所示，半径约为 8.3 m，畴尺寸较大，且 FCD周围还伴随着其他小 SFCD 结构，形成主次分明的 FCD 超结构。这是因为在膜厚较大时，取向对 FCD 结构的限制变弱，在对抗性锚定条件下，液晶分子层不连续变化引起了大小 FCD 的伴生。随着转速增加，膜厚逐渐减小，这种 FCD 超结构转变为多层级的 Zigzag超结构，即一个层级为周期性近晶相液晶分子层，另一个层级为取向单元内的周期性 Zigzag阵列，又一个层级为由周期性光控取向结构引入的 Zigzag超结构阵列，并且膜厚越小，Zigzag 结构条纹的平均宽度也随之变小，数量增多。2.3Q-plate 连续渐变取向下膜厚对超结构的作用规律为了进一步探究液晶薄膜厚度和取向结构对超结构的操控，本文在二值突变取向结构的基础上，设计了一种绕着中心奇点连续渐变的特殊取向结构，即 Q-plate，使 FCD 拓扑缺陷结构的朝向可以随方位角连续渐变，实现了对朝向的操控。本研究利用微缩投影曝光系统制备 Q-plate取向阵列，圆取向结构内的取向方向随方位角连续渐变。当近晶相液晶在取向基板上涂覆成膜后，通过控制不同转速，获得了如图 4 所示的FCD 超结构。当转速为 3 000 r/min 时，由于液晶薄膜厚度较厚，取向结构内形成 SFCD，形状为扇形，朝向中心奇点；而取向结构外所形成的FCD 为环面 FCD，形状为圆形，无特定朝向和位置有序性。由于内外均为 FCD 的填充，整个取向圆结构边界不清晰。随着转速分别增加到7 000 r/min和 11 000 r/min，在取向圆结构内部，出现了环绕型 Zigzag 结构，而它们的方向会随着取向不断改变。与此同时，在取向圆结构外部，仍然保持着环面 FCD 结构，其尺寸会随着转速的增加（即膜厚的减小）而逐渐减小，表明膜厚和取向结构共同作用于近晶相液晶超结构的调控。3 近晶相液晶 FCD 微透镜阵列的电刺激动态调控3.1近晶相液晶 FCD超结构的微透镜成像功能FCD 独特的指向矢分布使其具有微透镜成像功能。为了验证其成像能力，我们基于显微镜平台搭建了如图 5（a）所示的成像光路。剑形掩膜板目标探测物被放置于显微镜光源处，并与载物台上的 FCD 微透镜阵列样品间距 11 cm。考虑到微透镜焦距仅在微米量级，故近似认作为无穷远处物体以平行光入射成像。经过对焦，可对微透镜阵列像平面处的成像状况进行观测并由CCD 拍摄记录。图 5（b）展示了 FCD 微透镜阵列在未加电状态下的成像情况，在每个微透镜单元图 4Q-plate 连续渐变取向下不同旋涂转速对超结构的作用规律。（a）3 000 r/min；（b）7 000 r/min；（c）11 000 r/min。比例尺为 20 m。Fig.4Influence of spin-coating speeds on FCD and Zigzag structures under radial continuous gradient photoalignment.（a）3 000 r/min；（b）7 000 r/min；（c）11 000 r/min.The scale bar is 20 m.图 3二值突变取向下不同旋涂转速对超结构的作用规律。（a）3 000 r/min；（b）7 000 r/min；（c）11 000 r/min。比例尺为 10 m。Fig.3Influence of spin-coating speeds on FCD and Zigzag structures under orthogonal binary photoalignment.（a）3 000 r/min；（b）7 000 r/min；（c）11 000 r/min.The scale bar is 10 m.292第 3 期张涵，等：近晶相液晶超结构的多元外场调控的焦平面上均可观察到清晰的剑形像。当目标探测物为镂空的矩形时，成像效果为清晰的矩形点阵。3.2复合材料制备和基于聚合物稳定的超结构动态调控在近晶相液晶研究领域，其分子排列的高度有序使分子间相互作用较强并具有恒定的层间距，限制了液晶超结构阵列在外场下的动态调谐性。为了解决这个问题，本研究优化了近晶相液晶的组分，引入聚合物稳定的策略，制备了聚合物稳定的近晶相液晶 FCD 超结构材料体系。即使材料相转变为向列相后，液晶分子仍会被锚定排列成原本 FCD 时的结构。由于此时材料体系处于向列相，因此赋予了其可调性。我们在 8CB 液晶体系（94.12%，质量分数）中 掺 杂 4.8%（质 量 分 数）的 液 晶 聚 合 物 单 体RM257和 1.08%（质量分数）的光引发剂 819，其中 RM257 的作用是形成聚合物网络，用于稳定超结构中液晶分子的排列。通过在上下基板上引入两个对抗性锚定的取向条件（分别为均匀的平面取向和垂直取向），成功诱导构筑了六方密堆积 SFCD 阵列，且其大小可以通过改变转速（膜厚）进行调控。随后，我们将自组装形成的SFCD阵列（近晶相态下）暴露在紫外（UV）灯下进行聚合，聚合光功率为2.6 mW/cm2，使之形成聚合物网络，稳定住SFCD的构型。与未聚合的SFCD阵列不同的是，当此样品被加热时，聚合后的SFCD阵列在整个向列相温宽范围内均可被观察到，而未聚合的SFCD阵列在SmA-N相变后消失。3.3FCD微透镜阵列的电刺激动态调控通过引入上述聚合物稳定策略，我们系统地研究了上述 SFCD 阵列在 35 下的电刺激动态调控性能（图 6）。当一个 1 kHz的垂直电场作用于样品时，电场力使液晶分子指向矢偏转，趋向于垂直于基板。电相干长度=(K/0)1/2/E，其中 K为液晶弹性常数，0为真空介电常数，为介电各向异性，E为电场强度。从图 6可以看出，随着外加电场的增大（从 0 V 增加到 100.6 V），n随之减小，SFCD 的衬度也逐渐减小。当E100 V m1时，FCD 接近消失。随着外加电场的减小，SFCD 重新出现。织构在十几个电压周期内保持良好，表明在电场驱动过程中聚合物网络保持稳定，焦锥畴超结构具有一定的稳定性。值得注意的是，这种电场驱动的多层级超结构转化同样也适用于其他受控自组装的近晶相超结构，产生形式多样的受控结构演化，进而引发包括折射率调制在内的光学、形态学以及其他物理属性的动态调控。4 手性与温度对液晶拓扑超结构的动态调控4.1手性近晶相-胆甾相双相态拓扑超结构体系的构筑手性和多层级结构是材料科学中两种常见图 5聚合物稳定的近晶相液晶 FCD 超结构的微透镜成像功能。（a）成像光路；（b）无外电场作用下 FCD 微透镜成像示意图。比例尺为 10 m。Fig.5Imaging function of the polymer-stabilized smectic liquid crystal FCD microlens array.（a）Setup of the imaging system；（b）Textures of imaging of the FCD microlens array without external electric field.The scale bar is 10 m.图 6聚合物稳定近晶相液晶 FCD 微透镜阵列的电刺激动态调控。比例尺为 5 m。Fig.6Dynamic modulation of the polymer-stabilized smectic liquid crystal FCD microlens array under the electric stimulus.The scale bar is 5 m.293第 39 卷液晶与显示且复杂的结构类型，构筑与操控手性多层级结构已成为材料科学的前沿领域。液晶的自组装功能与外场响应性为研究手性多层级结构提供了平台。我们对近晶 A 相液晶 8CB 掺杂光敏手性剂构成的双相态体系进行了动态调控规律探索。通过掺杂1%（质量分数）的光敏手性剂ChAD-3c-R，在 8CB 液晶中引入手性和光响应特性。近晶相液晶材料 8CB 在不同的温度下，展现出两种不同的相态：向列相和近晶 A 相。具体地，当温度下降低到 33.5 时，8CB 会从向列相转变成近晶 A相。利用材料的双相态特性，可以通过温度调控不同相态下的不同多层级超结构。在受到这种特殊掺杂影响后，8CB 复合材料的相变点也略微发生改变，实验测得新的相变温度约为 31.12。在相变点以上可自组装形成胆甾相液晶指纹超结构，而在相变点以下转变为近晶相液晶 FCD超结构。4.2均匀取向下手性液晶拓扑超结构的温控演变我们在光学显微镜下对均匀取向的手性液晶超结构随温度的演变过程进行了详细观察（取向 方 向 为 水 平，图 7）。特 别 地，在 温 度 降 至32.34 （胆甾相）时，可以观察到局域微区胆甾相液晶指纹超结构呈现有序的周期条纹排列（图 7（），黄色圈内）。但由于均匀取向在二维空间的限制作用较弱，条纹整体方向性显得相对无序，我们把此时的指纹织构称为条纹 0。在温度从 32.34 降至 32.14 的实验过程中，在偏光显微镜下观察到一种新的条纹结构的诞生，即条纹 1（图 7（），绿色圈标出）。这种新的条纹相比原有指纹结构更粗，并伴随着一个逆时针方向的小角度旋转。随着温度的进一步缓降，条纹 1逐渐生长并旋转，直至 31.94，原有的指纹结构基本转化为条纹 1，如图 7（）所示。当温度下降至 31.45 时，又出现了一种新的条纹结构，称为条纹 2（图 7（），红色圈标出）。这一新的生长条纹与之前的条纹结构形成了显著对比，呈现出方向性的突变，倾向于与条纹 1方向垂直。在这一过程中，整体的指纹超结构的有序度有所下降。随着实验温度继续下降至31.32，在图7（）（使用蓝色圈标示）中记录到第三种新的条纹结构，命名为条纹 3。这种结构呈现出进一步的有序度降低。相应地，均匀分布的指纹织构的畴区域也逐步缩小。这导致最终形成了两套相互嵌套的碎条纹液晶超结构。随着温度继续降低，指纹织构逐渐转变为FCD 超结构，在 31.12 附近呈现二者共存的状态。最终当温度降低至 31.02 时，指纹超结构实现完全转变，偏光显微镜下只观察到了 FCD超结构。我们进一步建立了不同条纹超结构随温度变化而发生的旋转规律。从图 8 可以看出，随着温度降低，条纹 0、条纹 1、条纹 2 和条纹 3 均发生逆时针单向旋转，接近匀速旋转，且前三种条纹的旋转速度呈递增趋势。由于条纹 3出现的温度图 7均匀取向下手性液晶拓扑超结构在相变点附近的温控演变，取向方向为水平方向。比例尺为100 m。Fig.7Phase transition process of chiral liquid crystal superstructures near the transformation point under homogeneous alignment versus temperature.The scale bar is 10 m.图 8不同拓扑缺陷条纹的旋转角度随温度的变化Fig.8Rotation angle of three fingerprint-like topological defect structures as a function of temperature294第 3 期张涵，等：近晶相液晶超结构的多元外场调控范围窄且有序性较差，其整体旋转速度略有下降。在温度到达 31.2 以后，近晶相液晶 FCD超结构开始出现，导致后续旋转角度基本保持不变。这些发现有助于进一步理解手性液晶超结构的自组装演化过程，并为调控双相态超结构提供了重要的参考依据。4.3图案化取向下手性液晶拓扑超结构的温控演变在均匀取向的基础上，我们进一步对手性液晶超结构进行更加复杂的 Q-plate 图案化取向构筑，进一步探究在图案化光控取向下指纹织构的光响应过程以及前后 FCD的变化。如图 9所示，FCD 出现在 30。由于近晶相液晶有序度和粘度较高，并不具备光刺激响应能力，当温度升高到 33 时，液晶超结构呈现出指纹织构，此时，该体系具备了光刺激响应能力。我们用功率为 100 W/cm2的蓝紫光驱动手性螺旋结构解旋，由此，指纹织构旋转并逐渐消失，最终呈现光洁的向列相态织构（图 9（c）。随后，将温度重新降回 30，将光响应前后的 FCD 超结构进行对比，可以发现：（1）光响应图 11（a）阿基米德螺线（比例尺为 75 m）和（b）偏振光栅光取向结构下手性液晶超结构随温度的演变过程（比例尺为 50 m）。Fig.11Superstructures of chiral liquid crystal versus temperature under（a）Archimedean spiral（The scale bar is 75 m）and（b）polarizing grating patterned photoalignment（The scale bar is 50 m）.图 10Q-plate 图案化光控取向下手性液晶超结构的光响应前后的显微放大织构对比。比例尺为75 m。Fig.10Textures of the chiral liquid crystal superstructures under Q-plate photopatterning before and after light stimulation.The scale bar is 75 m.图 9Q-plate图案化光控取向下手性液晶超结构的光响应过程以及光驱动前后 FCD 阵列的变化。（a）近晶相 FCD 超结构（光响应前），比例尺为 50 m；（b）胆甾相指纹织构（光响应前），比例尺为50 m；（c）胆甾相指纹织构消失（光响应后），比例尺为 75 m；（d）近晶相FCD超结构（光响应后），比例尺为75 m。Fig.9Photoresponses of chiral liquid crystal superstructures under Q-plate patterned photoalignment and changes in FCD arrays before and after light-driving.（a）Smectic LC FCD superstructure（before photo stimuli），the scale bar is 50 m；（b）Cholesteroid fingerprint texture（before photo stimuli），the scale bar is 50 m；（c）Disappearance of cholesteroid fingerprint texture（after photo stimuli），the scale bar is 75 m；（d）Smectic LC FCD superstructure（after photo stimuli），the scale bar is 75 m.295第 39 卷液晶与显示前后由于正交偏振设置导致消光区域（黑刷子）的数量和位置大体一致；（2）光响应后，部分 FCD转变为尺寸更小的 FCD；（3）光响应后，出现由交错的 FCD组成的超结构链（图 10）。此外，我们还展示了阿基米德螺线、偏振光栅等光取向结构下手性液晶超结构随温度的演变过程（图 11）。实验展示了液晶相转变过程和光驱动过程中丰富的手性超结构演化过程，并通过精确的温控实验分析了不同温度下不同条纹结构的旋转规律。这些发现对于理解液晶超结构的刺激响应行为具有重要意义，并为近晶相液晶材料的动态调控提供了实验依据。5 结论本研究结合光控取向技术、膜厚控制、电场、温度、光场、手性等多元外场刺激对近晶相液晶中的 FCD 超结构及其相转变后的指纹超结构进行了多维度的动态调控及规律分析。特别地，本研究通过优化近晶相液晶的组成，在 8CB 液晶体系（94.12%，质量分数）中掺杂 4.8%（质量分数）的 RM257和 1.08%（质量分数）的光引发剂 819，提出聚合物稳定策略，成功实现了近晶相液晶FCD 微透镜阵列的电刺激动态可调。此外，通过在 99%（质量分数）的液晶 8CB 里掺入 1%（质量分数）的光敏手性分子开关 ChAD-3c-R，巧妙利用近晶相液晶的双相态优势，实现了基于同一材料体系在光、热等外界刺激条件下不同多层级手性超结构之间的动态转变、调控和演化。本研究提出的多元外场调控策略加强了对液晶材料结构及光电性能调控的维度、力度和灵活度，将推动新型液晶光电功能元器件的开发和应用。例如，手性超结构的动态转变和调控为智能窗户、光开关、传感器和信息存储等领域提供了新的材料平台；电刺激下的可调 FCD 微透镜阵列可应用于先进光学系统，如高分辨率成像、光通信以及动态显示技术。在未来的研究中，我们将更深入探究近晶相液晶自组装多层级超结构的构建和动态调控的微观机制，并结合新型液晶功能材料开发，将液晶超结构的动态调控技术转化为新型传感元器件和新型平板显示等新一代信息技术领域的应用。参考文献：1 CHENG Y T，RODAK D E，WONG C A，et al.Effects of micro-and nano-structures on the self-cleaning behaviour of lotus leaves J.Nanotechnology，2006，17（5）：1359-1362.2 THOM M，NICOLE L，BERTHIER S.Multiscale replication of iridescent butterfly wings J.Materials Today，2014，1 Suppl：221-224.3 GAO X 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