一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法

本发明涉及光学和微电子，具体为一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法。

背景技术：

1、微粒可控运动将微小颗粒在液体或气体中的运动控制在微米尺度，可以精确操控微粒的位置、速度和方向，实现对微粒的精细操控和定位；微粒可控运动在光学、微电子领域具有较大研究热度与应用潜力，如电泳显示、光子晶体制作。

2、在实现微粒可控运动的过程中，常常需要对微粒的表面进行特殊处理，以赋予它们特定的物理化学性质，从而能够通过各种外场(如电场、磁场、光场等)进行操控，或者制作并利用复杂的光学、电学结构进行操控；现有的这些方式一方面调控的微粒数量少，另一方面操作成本高，操作复杂。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，可以解决现有的实现微粒可控运动需要对微粒采取特殊的表面处理，或者制作并利用复杂的光学、电学结构，且可调控的微粒数量少的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明是通过如下的技术方案来实现：本发明提供一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，包括如下步骤：

4、s1、制作液晶盒；

5、s1.1、制作玻璃板一，将一块镀有电极涂层的玻璃板旋涂取向层，进行烘烤固化后，单向取向处理；

6、s1.2、制作玻璃板二，取另一块镀有电极涂层的玻璃板进行s1.1操作，使玻璃板二与玻璃板一的取向方向垂直；

7、s1.3、使玻璃板一、玻璃板二错开，中间通过固化胶隔开，组成液晶盒；

8、s2、在恒温热台上利用毛细效应将接触混合的液晶和微粒灌入所述液晶盒；

9、s3、在恒温热台上对所述液晶盒两侧电极涂层施加电场，在固定的电压有效值和频率下，通过改变偏置电压对微粒的运动方向和速度进行调控；

10、s4、对调控的微粒周围指向矢的对称性破缺情况、微粒运动速度和运动方向的数据进行获取记录。

11、进一步的，所述对调控的微粒周围指向矢的对称性破缺情况、微粒运动速度和运动方向的数据进行获取记录，包括：

12、在偏光显微镜中利用λ玻片与λ/4玻片，通过微粒周围光强与光波长的不同，判断微粒周围指向矢的对称性破缺情况；

13、利用高速摄像机记录微粒的轨迹，分析获得微粒的运动速度与运动方向。

14、进一步的，还包括通过恒温热台改变系统的温度，保持恒定电场条件下，得到电调控微粒运动方法的温度特性。

15、进一步的，所述在恒温热台上对所述液晶盒两侧电极涂层施加电场，在固定的电压有效值和频率下，通过改变偏置电压对微粒的运动方向和速度进行调控；包括：

16、使用信号发生器产生方波电压；

17、利用电压放大器放大电压信号后对液晶盒的电极涂层施加电位差；

18、调节至预设的电压与频率后，通过固定电压有效值与频率，只改变偏置电压，对微粒的运动方向进行调控。

19、进一步的，所述频率为0～1000hz，所述电压有效值为0～80v；所述偏置电压范围不超过电压有效值。

20、进一步的，所述在恒温热台上利用毛细效应将接触混合的液晶和微粒灌入所述液晶盒；包括

21、在恒温热台上将直径在微米尺度的微粒散布到液晶盒的边缘处；

22、将液晶散布在恒温热台上加热至透明状态，利用玻璃毛细管吸取液晶；

23、再用毛细管接触微粒，在液晶与微粒接触混合后，在恒温热台上利用毛细效应将液晶灌入液晶盒中。

24、进一步的，所述液晶相态为向列相，取向为扭曲取向；所述微粒包括二氧化硅微粒，所述二氧化硅微粒采用表面垂直锚定的球状微粒。

25、进一步的，所述s1.3中中间通过固化胶固化隔开，包括通过带有微粒阻隔的紫外光固化胶固化隔开，具体为：

26、将玻璃板一、玻璃板二错开3～4mm；

27、用掺杂10微米的硅纳米的紫外光固化胶添加到玻璃板一或者玻璃板二的相对侧；

28、采用365nm的紫外光源进行紫外光固化胶体。

29、进一步的，所述s1.1中进行烘烤固化包括将玻璃片置于真空干燥箱内120℃预退火5分钟后，升温至220℃退火20分钟。

30、进一步的，所述电极涂层为透明电极涂层，具体包括氧化铟锡涂层；所述取向层包括聚酰亚胺层；所述液晶盒的厚度为8～20um，所述液晶盒的腔室面积为2cm2×2cm2。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

32、本发明基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法无需对微粒表面特殊处理或微粒带电，根据电场与取向层的范围可实现微粒在大尺度范围与小尺度范围的任意运动方向可调，具有易制作，成本低，结构简单等突出特点；并没有对没有任何特殊处理的微粒仅采用单电场调控微粒运动的调控方式，与现有方法相比，本发明的方法可以对球形微粒进行二维平面内任意方向上的调控，无需对微粒复杂特殊处理，也无需复杂电场，具有大范围、响应速度快调控的特征。

33、本发明的方法还具有操作简单、灵活性高、价格便宜等优势。

34、本发明基于液晶土星环缺陷对称性破缺，通过施加垂直的方波电场，固定方波频率与有效电压，产生的净推力使微粒在二维平面上运动方向任意可调，利于形成晶体微型图案、形成特殊的晶格结构，在电泳显示、生物医学等领域具有较大应用潜力。

35、附图说明

36、参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。其中：

37、图1为本发明实施案例中一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法的方法流程示意图；

38、图2为本发明实施案例中液晶以及微粒灌入到液晶盒内形成的装置图；

39、图3为实施例1中偏置电压与运动速度和角度的关系，以及八个代表性方向的轨迹图；其中图3中(a)是不同偏置电压下八个具有代表性的方向微粒的运动轨迹图，图3中(b)是不同偏置电压与微粒运动速度的关系图；图3中(c)是不同偏置电压与微粒运动方向的关系图；

40、图4为实施例1中改变温度后，微粒在不同偏置电压下运动的速度与方法情况图，图4中(a)是不同温度对微粒运动方向的关系图，图4中(b)是不同温度对微粒速度的关系图；

41、图5为实施例2中改变偏置电压后，微粒不同运动方向时对应的偏光显微镜下的光学纹理图。

技术特征：

1.一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述对调控的微粒周围指向矢的对称性破缺情况、微粒运动速度和运动方向的数据进行获取记录，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：还包括通过恒温热台改变系统的温度，保持恒定电场条件下，得到电调控微粒运动方法的温度特性。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述在恒温热台上对所述液晶盒两侧电极涂层施加电场，在固定的电压有效值和频率下，通过改变偏置电压对微粒的运动方向和速度进行调控；包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述频率为0～1000hz，所述电压有效值为0～80v；所述偏置电压范围不超过电压有效值。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述在恒温热台上利用毛细效应将接触混合的液晶和微粒灌入所述液晶盒；包括

7.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述液晶相态为向列相，取向为扭曲取向；所述微粒包括二氧化硅微粒，所述二氧化硅微粒采用表面垂直锚定的球状微粒。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述s1.3中中间通过固化胶固化隔开，包括通过带有微粒阻隔的紫外光固化胶固化隔开，具体为：

9.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述s1.1中进行烘烤固化包括将玻璃片置于真空干燥箱内120℃预退火5分钟后，升温至220℃退火20分钟。

10.根据权利要求1～3任意一项所述的一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，其特征在于：所述电极涂层为透明电极涂层，具体包括氧化铟锡涂层；所述取向层包括聚酰亚胺层；所述液晶盒的厚度为8～20um，所述液晶盒的腔室面积为2cm2×2cm2。

技术总结本发明提供一种基于扭曲向列相液晶中的电调控微粒运动方法，包括S1、制作液晶盒；S2、在恒温热台上利用毛细效应将接触混合的液晶和微粒灌入所述液晶盒；S3、在恒温热台上对所述液晶盒两侧电极涂层施加电场，在固定的电压有效值和频率下，通过改变偏置电压对微粒的运动方向和速度进行调控；S4、对调控的微粒周围指向矢的对称性破缺情况、微粒运动速度和运动方向的数据进行获取记录。本发明无需对微粒表面特殊处理或微粒带电，根据电场与取向层的范围可实现微粒在大或小尺度范围的任意运动方向可调，成本低，结构简单等突出特点；无需对微粒复杂特殊处理，也无需复杂电场，具有大范围、响应速度快调控的特征。技术研发人员：李炳祥,王子烨,陈佳浩,汤星舟,宋振鹏,方欣宇,马玲玲,陆延青受保护的技术使用者：南京邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2