[发明专利]一种基于液晶体系的图案化粒子操纵方法

说明书

本发明公开了一种基于液晶体系的图案化粒子操纵方法，包括：基于数字微镜DMD应用开发接口库实现了虚拟光电极图形的自动排列算法设计，并且可以实现投屏窗口与实时观察窗口的同步，通过基于BSO光电导材料的光诱导介电泳技术可以在液晶体系处于各向同性相态时对粒子进行特定图案化操纵；设计不同倾斜角度的连续相位变化图案，基于无掩模分步层叠光控取向技术可以动态调制液晶分子的相位分布，经过粒子功能化处理后可以在液晶体系处于各向异性相态时实现对粒子的图案化操纵。本发明将软件编程与实验充分结合起来，集成度高，制作工艺简单，操纵精度高，可设计性强，可重复使用，可以实现基于不同液晶相态一体化的粒子操纵。

技术领域

本发明涉及液晶体系下的粒子操纵技术领域，特别是涉及一种基于液晶在不同相态下的图案化粒子操纵方法。

背景技术

液晶是一种具有“中间相”的物质状态。对于向列相液晶，在清亮点之上表现为各向同性相态，在清亮点之下表现为各向异性相态，研究表明，粒子在各向异性介质中的运动特性与在各向同性介质中不同，这对于在液晶不同相态下实现粒子的一体化操纵带来了困难。

具体来说，实现液晶体系中图案化粒子操纵技术的核心，是实现对不同相态液晶中粒子的捕获与操纵，对于各向同性介质下的粒子操纵，过去国内外基于原子力显微镜的微探针技术是一种应用广泛的粒子操纵技术，这种类型的操纵虽然精确但需要与微粒直接接触的缺点也显而易见，非接触式操纵技术如声镊，对粒子条件要求较高，并且会受限于液晶盒条件制约；光镊，能耗高并且产生的热效应对体系状态有干扰；传统介电泳技术，物理电极的制造过程复杂且成本较高；光诱导介电泳技术通过构造虚拟光电极的方式简化了过程、减小了成本，但现有技术没有应用到液晶体系中的粒子操纵。

对于液晶各向异性相态下的粒子操纵，在基于液晶电动力学的液晶电泳相关研究中，主要是针对液晶中介电粒子运动需满足的条件以及粒子基本运动特性进行了探讨，没有实现更为功能化的应用，而本发明基于特定图案化的粒子运动排列提出了具体实现方法。

发明内容

发明目的：现有粒子操纵技术没有把光诱导介电泳技术应用在液晶体系中，并且由于液晶相态变化的整体性影响，无法适用于各向同性和各向异性相态，不能形成一体化的图案化粒子操纵。本发明的目的在于提供一种将光诱导介电泳与光控取向技术相结合的图案化粒子操纵方法。

技术方案：为达此目的，本发明采用以下技术方案，包括如下步骤：

（1）在Visual Studio软件平台编写基于DMD应用开发库的程序，实现实时观察模块和光图形生成与操纵模块对应功能，优化软件端虚拟光电极图形自动排列算法的测试结果；

（2）称量适量SiO₂白色粉末状粒子，将其倒入质量分数为5%-7%的DMOAP甲醇溶液；

（3）对步骤（2）得到的混合溶液充分搅拌均匀，静置40-60分钟后移入小试管中进行离心操作，优选地，离心机设置转速为7000-8000 rpm/s，时间为20-25分钟；

（4）对步骤（3）进行一次离心后的溶液倒掉上层清液，加入适量酒精重新分散，再离心，重复以上操作三次，直至经过处理后的SiO₂颗粒分散性良好；

（5）将步骤（4）三次离心后的混合溶液放入烘箱中直至颗粒完全烘干，优选地，烘箱参数设为100-110°C，10-15分钟；

（6）将步骤（5）得到的经过充分取向处理的SiO₂粒子加入到适量向列相液晶E7中，形成掺入粒子的液晶体系；

（7）在ITO玻璃基板表面上旋涂一层光控取向膜，使用的光敏偶氮材料是SD1，通过旋涂操作以及退火后形成固化的光控取向膜，将Bi₁₂SiO₂₀ (BSO)光电导材料基板与ITO玻璃基板组装成封闭的液晶盒，盒厚是20μm；