液晶微滴中超快光响应相变与可逆颜色调控及其在智能光子材料中的应用

《Journal of Colloid and Interface Science》：Ultrafast photoresponsive phase transitions and reversible color modulation in liquid crystal microdroplets

本文报道了通过分子设计实现液晶（LC）微滴的超快光响应相变（<1?s）和可逆颜色调控。研究合成了烷氧基偶氮苯（Azo）Cn系列添加剂，通过调控烷基链长度（n=6–12）和浓度，显著降低了光开关温度阈值，并在低光强（<20?mW/cm2）下实现了快速异构化驱动向列相-各向同性相转变。结合手性掺杂剂，实现了可见光区动态颜色切换（40次循环稳定性），为智能显示、传感和防伪技术提供了创新平台。

　　

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Materials

4-(4-甲基苯基偶氮)苯酚、4′-氰基-4-戊基联苯（5CB）和8-氯-1-正辛醇购自TCI。胆固醇烯基碳酸酯（COC）、聚乙烯醇（PVA，分子量13–23?kg/mol）、十二烷基硫酸钠（SDS）、二甲基甲酰胺（DMF）、6-氯己醇、10-溴-1-癸醇、12-溴-1-十二烷醇、碘化钾（KI）、碳酸钾（K₂CO₃）、甲基丙烯酸甲酯、三乙胺、碳酸氢钠（NaHCO₃）、盐酸（HCl）、氯化钠（NaCl）、甘油等试剂均按原样使用。

Emulsion structure and local Photoinduced transitions

由5CB和（Azo）C₁₂组成的均质液晶混合物，通过微流控设备（亲水涂层170?μm通道芯片）在SDS水溶液（1?wt%）中乳化，形成单分散微滴。这些液晶胶体在1?wt% SDS溶液中表现出卓越的长期稳定性，尺寸均一且内部排列保持完整，未观察到聚集或奥斯特瓦尔德熟化现象。（Azo）C_n系列添加剂（包括（Azo）C₁₂）在微滴中通过紫外光触发trans-cis异构化，迅速破坏向列相有序性，实现局部相变。

Conclusions

本研究通过调控偶氮苯添加剂的烷基链长度（6至12个碳），开发出能响应低光强实现快速可逆相变与颜色切换的液晶微滴平台。光异构化基团与热致向列相基质（如5CB）的结合，实现了对光学各向同性的精准控制：烷基链增长使紫外激活阈值温度从33?°C降低，同时拓宽光开关温度范围。结合手性掺杂剂后，微滴可在不同波长光照下实现可见光区动态颜色调制，为智能光子材料和仿生光学器件提供了新策略。