[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?zhí)枺?/td>: 202010631000.7
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111948841A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范星宇;葛士軍;郭清儀
• 申請（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: G02F1/133
• 分類號: G02F1/133
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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，通過編程控制虛擬光電極圖案的運動軌跡，實現(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)用開發(fā)庫的軟件開發(fā)模塊，用于繪制虛擬光電極形成特定圖案排列的移動軌跡，并且實現(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)樱瑢崿F(xiàn)粒子在液晶各向異性相態(tài)下的圖案化運動排列；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)下粒子運動所需的粒子本身條件和液晶體系條件；動態(tài)光控取向模塊，用于實時控制液晶分子的相位分布，進而控制粒子特定圖案化的運動。

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)用開發(fā)庫的軟件開發(fā)模塊具體包括：實時觀察模塊，用于實現(xiàn)投屏窗口與觀察窗口的同步，并且可以實現(xiàn)窗口任意區(qū)域的投屏；光圖形生成與操縱模塊，用于實現(xiàn)虛擬光電極圖形特定圖案結(jié)構(gòu)的自動排列效果。

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；對于各向同性態(tài)，通過光圖形自動排列算法的編程可以排列成等邊三角形、正六邊形等圖案；對于各向異性態(tài)，設(shè)計了不同傾斜角度的連續(xù)相位變化圖案，基于圖案制備實時光控取向?qū)樱梢詫崿F(xiàn)粒子的波浪形運動排列。

6.具體包括以下步驟：

（1）在Visual Studio軟件平臺編寫基于DMD應(yīng)用開發(fā)庫的程序，實現(xiàn)如權(quán)利要求4所述的實時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排列算法的測試結(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行離心操作；

優(yōu)選地，離心機設(shè)置轉(zhuǎn)速為7000-8000 rpm/s，時間為20-25分鐘；

（4）對步驟（3）進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，通過毛細(xì)滲透作用灌入由步驟（7）制備的BSO-ITO液晶盒中進行外加電場調(diào)控，，并且通過紫外偏振圖案化曝光動態(tài)調(diào)控取向?qū)右壕Х肿尤∠颍源藖頊y試粒子運動特性；

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

（9）將步驟（1）開發(fā)的基于DMD系統(tǒng)庫的虛擬光電極自動排列程序通過計算機-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)下分別運用光誘導(dǎo)介電泳和光控取向方式對粒子進行圖案化操縱，由此形成了一體化的粒子操縱平臺。