[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

本發(fā)明公開了一種基于液晶體系的圖案化粒子操縱方法，包括：基于數(shù)字微鏡DMD應(yīng)用開發(fā)接口庫實(shí)現(xiàn)了虛擬光電極圖形的自動排列算法設(shè)計，并且可以實(shí)現(xiàn)投屏窗口與實(shí)時觀察窗口的同步，通過基于BSO光電導(dǎo)材料的光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)可以在液晶體系處于各向同性相態(tài)時對粒子進(jìn)行特定圖案化操縱；設(shè)計不同傾斜角度的連續(xù)相位變化圖案，基于無掩模分步層疊光控取向技術(shù)可以動態(tài)調(diào)制液晶分子的相位分布，經(jīng)過粒子功能化處理后可以在液晶體系處于各向異性相態(tài)時實(shí)現(xiàn)對粒子的圖案化操縱。本發(fā)明將軟件編程與實(shí)驗(yàn)充分結(jié)合起來，集成度高，制作工藝簡單，操縱精度高，可設(shè)計性強(qiáng)，可重復(fù)使用，可以實(shí)現(xiàn)基于不同液晶相態(tài)一體化的粒子操縱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液晶體系下的粒子操縱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于液晶在不同相態(tài)下的圖案化粒子操縱方法。

背景技術(shù)

液晶是一種具有“中間相”的物質(zhì)狀態(tài)。對于向列相液晶，在清亮點(diǎn)之上表現(xiàn)為各向同性相態(tài)，在清亮點(diǎn)之下表現(xiàn)為各向異性相態(tài)，研究表明，粒子在各向異性介質(zhì)中的運(yùn)動特性與在各向同性介質(zhì)中不同，這對于在液晶不同相態(tài)下實(shí)現(xiàn)粒子的一體化操縱帶來了困難。

具體來說，實(shí)現(xiàn)液晶體系中圖案化粒子操縱技術(shù)的核心，是實(shí)現(xiàn)對不同相態(tài)液晶中粒子的捕獲與操縱，對于各向同性介質(zhì)下的粒子操縱，過去國內(nèi)外基于原子力顯微鏡的微探針技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的粒子操縱技術(shù)，這種類型的操縱雖然精確但需要與微粒直接接觸的缺點(diǎn)也顯而易見，非接觸式操縱技術(shù)如聲鑷，對粒子條件要求較高，并且會受限于液晶盒條件制約；光鑷，能耗高并且產(chǎn)生的熱效應(yīng)對體系狀態(tài)有干擾；傳統(tǒng)介電泳技術(shù)，物理電極的制造過程復(fù)雜且成本較高；光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)通過構(gòu)造虛擬光電極的方式簡化了過程、減小了成本，但現(xiàn)有技術(shù)沒有應(yīng)用到液晶體系中的粒子操縱。

對于液晶各向異性相態(tài)下的粒子操縱，在基于液晶電動力學(xué)的液晶電泳相關(guān)研究中，主要是針對液晶中介電粒子運(yùn)動需滿足的條件以及粒子基本運(yùn)動特性進(jìn)行了探討，沒有實(shí)現(xiàn)更為功能化的應(yīng)用，而本發(fā)明基于特定圖案化的粒子運(yùn)動排列提出了具體實(shí)現(xiàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：現(xiàn)有粒子操縱技術(shù)沒有把光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)應(yīng)用在液晶體系中，并且由于液晶相態(tài)變化的整體性影響，無法適用于各向同性和各向異性相態(tài)，不能形成一體化的圖案化粒子操縱。本發(fā)明的目的在于提供一種將光誘導(dǎo)介電泳與光控取向技術(shù)相結(jié)合的圖案化粒子操縱方法。

技術(shù)方案：為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，包括如下步驟：

（1）在Visual Studio軟件平臺編寫基于DMD應(yīng)用開發(fā)庫的程序，實(shí)現(xiàn)實(shí)時觀察模塊和光圖形生成與操縱模塊對應(yīng)功能，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，將其倒入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-7%的DMOAP甲醇溶液；

（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(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，時間為20-25分鐘；

（4）對步驟（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)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；