北京時間11月08日消息，中國觸摸屏網訊，工學院楊槐課題組在電場響應型液晶光子晶體研究中取得重要進展。北京大學工學院楊槐教授課題組在響應型柔性光子晶體研究方面取得重要進展。該研究成果發表于Advanced Functional Materials，論文題目為“Asymmetric Tunable Photonic bandgaps in Self-Organized 3D nanostructure of Polymer-stabilized Blue Phase I Modulated by Voltage Polarity”。

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響應型光子晶體因其可調控的周期性結構和對特定頻率光波的有效控制，被認為是一種新型智能材料并在下一代納米光子技術中具有廣闊的應用前景，但精細的微觀結構和復雜的制備工藝要求為其發展帶來了重大挑戰。在眾多有機和無機材料當中，液晶材料既具有晶體的微觀分子排列結構又具有液體的宏觀流動性，因此可自組裝形成周期性結構且對外界刺激保持高敏響應，是制備響應型光子晶體的一種理想材料。

楊槐教授課題組通過聚合物穩定藍相自組裝立方晶格微納結構的方法制備了一種具有電場調控特性的三維藍相液晶光子晶體薄膜，其光子帶隙在-30℃～60℃范圍內表現出優異的熱力學穩定性能。室溫條件下，該薄膜在直流電場作用時表現出光子帶隙非對稱雙向移動的電場響應特性，且光子帶隙的位置受電場方向和場強大小調控，移動范圍可覆蓋可見光波段。基于該種材料可制備低激發閾值的電調諧藍相液晶激光器，激光波長調控范圍可達22nm。

 

藍相液晶光子晶體電場響應示意圖：（a）無電場；（b）施加負向電場；（c）施加正向電場

通過一系列對比實驗發現聚合物網絡的存在和結構對薄膜電場響應特性起至關重要的作用。掃描電鏡圖片表明該薄膜具有自上而下密度逐漸降低的非均勻聚合物網絡結構。在直流電場作用下，帶正電的聚合物網絡受定向電場作用力發生移動且運動方向受電場方向控制，從而造成藍相晶格結構的拉伸或壓縮，進而表現出光子帶隙的雙向移動。研究者認為，通過控制液晶盒厚、聚合溫度、可聚合單體質量分數、紫外光強度等實驗條件，可定性地控制藍相三維周期性結構中聚合物網絡的形貌和微觀結構，進而制備出具有多種電場響應特性的藍相液晶光子晶體。該種電場響應型三維柔性液晶光子晶體薄膜材料的響應時間快，重復性和穩定性良好，有望在反射型液晶顯示、可調光柵、可調激光器等領域獲得廣泛應用。

論文第一作者是北京大學工學院材料科學與工程系博士生王萌。本研究工作得到了國家自然科學基金的支持。

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