缺陷變成貢獻——微小液滴帶來液晶的卓越性能

材料牛注:藍相(Blue Phase，BP)是液晶中具有特殊性質的一個相態，具有不同的光電特性，因早期研究的藍色外觀而得名，其中的缺陷陣列又會帶來哪些卓越的性能呢？

上圖右邊為實驗觀察到的液滴圖像，輕微的溫度變化就能引起它的顏色改變，左側的圖片顯示了液滴內可能存在的缺陷陣列。

液晶中的分子形成復雜的左旋或右旋螺旋狀結構，包括叫做“藍相”的新奇結構（其中列狀缺陷構成比較奇特的模型）。這些缺陷結構被限制在液滴之中，使得對其顏色、形態以及穩定性的控制比預先認為的還要好。

由于這種缺陷結構的特殊敏感性，其可以應用于反應靈敏、適應性強的三維組件。這些新的性質也可以用于控制感測或可調光子晶體的激光器和可切換彩色顯示器的光學特性。光控激光器可以推動高效計算，而這些可切換顯示器可能會用于電子書。

在生物學中使用應力、缺陷、分子結構（例如手性）和分層設計方案來設計或制備一系列具有不同功能的材料，也許最好的例子是利用介孔和液晶的細胞膜來發揮復雜功能。生物系統中，分層組織作為放大器，允許局部的某些納米級的分子運動傳播的更遠。這種傳播使生物系統具有動態功能特性，但同樣功能尚未在材料合成設計中完全實現。具有特殊手性的液晶形成螺旋形態，包括奇特的“藍相”，其中的缺陷組合成三維形態。

結合模擬和實驗，芝加哥大學和威斯康星大學的科學家發現，這些“藍相”對來自液滴的限制非常敏感。有幾種新形態的屬性可以進行精確調控。例如控制藍相與液滴界面錨定作用的強度，液滴尺寸。溫度可以控制藍相液滴反射光的波長從而模擬納米粒子的液相狀態，尺寸可以控制光學性質。

此外，弱實驗相關錨固條件會引發意想不到的現象，包括“藍相”穩定性的增強。這是一個特別有趣的結果，因為“藍相”通常只能在較窄的溫度范圍內保持穩定。最后，在液滴表面的“藍相”內構建缺陷陣列為控制納米顆粒在液滴界面的組裝提供了可能性。

原文參考鏈接：Tiny droplets… lead to exotic properties

本文由編輯部王宇提供素材，何丙才編譯， 趙建偉審核