[發(fā)明專利]一種基于液晶體系的圖案化粒子操縱方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010631000.7
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111948841A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范星宇;葛士軍;郭清儀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京南輝智能光學(xué)感控研究院有限公司
• 主分類號(hào): G02F1/133
• 分類號(hào): G02F1/133
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于液晶體系的圖案化粒子操縱方法，其特征在于，所述液晶體系在各向同性相態(tài)下的光誘導(dǎo)介電泳粒子操縱技術(shù)和在各向異性相態(tài)下的圖案化光控取向粒子操縱技術(shù)，由此形成了一個(gè)一體化的粒子操縱方法。

2.如權(quán)利要求1所述基于各向同性相態(tài)液晶體系的光誘導(dǎo)介電泳粒子操縱技術(shù)，其特征在于，通過(guò)編程控制虛擬光電極圖案的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)粒子在液晶各向同性相態(tài)下的圖案化排列，所述光誘導(dǎo)介電泳粒子操縱技術(shù)具體包括：基于DMD應(yīng)用開(kāi)發(fā)庫(kù)的軟件開(kāi)發(fā)模塊，用于繪制虛擬光電極形成特定圖案排列的移動(dòng)軌跡，并且實(shí)現(xiàn)投屏窗口與觀察窗口的一體化；光電導(dǎo)材料模塊，用于作光誘導(dǎo)介電泳粒子操縱技術(shù)的虛擬光電極，將光能轉(zhuǎn)化為電能，捕獲并操縱介電粒子。

3.如權(quán)利要求1所述基于各向異性相態(tài)液晶體系的圖案化光控取向粒子操縱技術(shù)，其特征在于，基于自行設(shè)計(jì)的不同傾斜角度連續(xù)相位變化圖案制備光控取向?qū)樱瑢?shí)現(xiàn)粒子在液晶各向異性相態(tài)下的圖案化運(yùn)動(dòng)排列；所述圖案化光控取向粒子操縱技術(shù)具體包括：粒子制備模塊，用于滿足在液晶各向異性相態(tài)下粒子運(yùn)動(dòng)所需的粒子本身?xiàng)l件和液晶體系條件；動(dòng)態(tài)光控取向模塊，用于實(shí)時(shí)控制液晶分子的相位分布，進(jìn)而控制粒子特定圖案化的運(yùn)動(dòng)。

4.如權(quán)利要求2所述的光誘導(dǎo)介電泳粒子操縱技術(shù)，其特征在于，其包含的基于DMD應(yīng)用開(kāi)發(fā)庫(kù)的軟件開(kāi)發(fā)模塊具體包括：實(shí)時(shí)觀察模塊，用于實(shí)現(xiàn)投屏窗口與觀察窗口的同步，并且可以實(shí)現(xiàn)窗口任意區(qū)域的投屏；光圖形生成與操縱模塊，用于實(shí)現(xiàn)虛擬光電極圖形特定圖案結(jié)構(gòu)的自動(dòng)排列效果。

5.如權(quán)利要求1所述的基于液晶體系的圖案化粒子操縱方法，其特征在于，可以實(shí)現(xiàn)在各向同性和各向異性相態(tài)液晶體系下的一體化粒子操縱；對(duì)于各向同性態(tài)，通過(guò)光圖形自動(dòng)排列算法的編程可以排列成等邊三角形、正六邊形等圖案；對(duì)于各向異性態(tài)，設(shè)計(jì)了不同傾斜角度的連續(xù)相位變化圖案，基于圖案制備實(shí)時(shí)光控取向?qū)樱梢詫?shí)現(xiàn)粒子的波浪形運(yùn)動(dòng)排列。

6.具體包括以下步驟：

（1）在Visual Studio軟件平臺(tái)編寫基于DMD應(yīng)用開(kāi)發(fā)庫(kù)的程序，實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求4所述的實(shí)時(shí)觀察模塊和光圖形生成與操縱模塊，優(yōu)化軟件端虛擬光電極圖形自動(dòng)排列算法的測(cè)試結(jié)果；

（2）稱量適量SiO₂白色粉末狀粒子，將其倒入DMOAP甲醇溶液；

優(yōu)選地，DMOAP甲醇溶液的濃度范圍為5%-7%；

（3）對(duì)步驟（2）得到的混合溶液充分?jǐn)嚢杈鶆颍o置40-60分鐘后移入小試管中進(jìn)行離心操作；

優(yōu)選地，離心機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速為7000-8000 rpm/s，時(shí)間為20-25分鐘；

（4）對(duì)步驟（3）進(jìn)行一次離心后的溶液倒掉上層清液，加入適量酒精重新分散，再離心，重復(fù)以上操作三次，直至經(jīng)過(guò)處理后的SiO₂顆粒分散性良好；

（5）將步驟（4）三次離心后的混合溶液放入烘箱中直至顆粒完全烘干；

優(yōu)選地，烘箱參數(shù)設(shè)置為100-110°C，10-15分鐘；

（6）將步驟（5）得到的經(jīng)過(guò)充分取向處理的SiO₂粒子加入到適量向列相液晶E7中，形成摻入粒子的液晶體系；

（7）在ITO玻璃基板表面上旋涂一層光控取向膜，使用的光敏偶氮材料是SD1，通過(guò)旋涂操作以及退火后形成固化的光控取向膜，將Bi₁₂SiO₂₀ (BSO)光電導(dǎo)材料基板與ITO玻璃基板組裝成封閉的液晶盒，盒厚是20μm；

（8）將步驟（6）得到的摻入SiO₂粒子的E7溶液，通過(guò)毛細(xì)滲透作用灌入由步驟（7）制備的BSO-ITO液晶盒中進(jìn)行外加電場(chǎng)調(diào)控，，并且通過(guò)紫外偏振圖案化曝光動(dòng)態(tài)調(diào)控取向?qū)右壕Х肿尤∠颍源藖?lái)測(cè)試粒子運(yùn)動(dòng)特性；

優(yōu)選地，外加電場(chǎng)的參數(shù)為，幅值為20-30V、頻率為5-25Hz的交流電場(chǎng)；

（9）將步驟（1）開(kāi)發(fā)的基于DMD系統(tǒng)庫(kù)的虛擬光電極自動(dòng)排列程序通過(guò)計(jì)算機(jī)-DMD器件接口與步驟（8）中得到的摻入粒子的液晶體系相結(jié)合，使用溫控裝置調(diào)節(jié)當(dāng)前液晶體系所處的相態(tài)，在不同形態(tài)下分別運(yùn)用光誘導(dǎo)介電泳和光控取向方式對(duì)粒子進(jìn)行圖案化操縱，由此形成了一體化的粒子操縱平臺(tái)。