Överst:Schema som visar magnetisk kontroll över ljustransmittans i de nya flytande kristallerna. B är det växlande magnetfältet. Det polariserade ljuset ses i gult. De grå stavarna representerar polarisatorerna. Magnetfältet styr orienteringen av nanoroderna (sett i orange), vilket i sin tur påverkar polariseringen av ljuset och, sedan, mängden ljus som kan passera genom polarisatorerna. Nederst:Bilder visar hur ett polarisationsmodulerat mönster ändrar mörker/ljusstyrka genom att rotera riktningen för korspolarisatorerna. Cirklarna och bakgrunden innehåller magnetiska nanoroder i linje med olika riktningar. Genom att kombinera magnetiska justerings- och litografiprocesser, det är möjligt att skapa mönster av olika polarisationer i en tunn kompositfilm och kontroll över ljusets transmittans i vissa områden. Upphovsman:Wang, et al. © 2014 American Chemical Society
(Phys.org) —Flytande kristaller är allmänt kända för sin användning i LCD -TV, i vilka snabbt föränderliga elektriska fält används för att styra de flytande kristallernas molekylära ordning. Detta i sin tur förändrar hur ljus överförs genom de flytande kristallerna för att få bilderna att förändras på TV -skärmen.
Flytande kristaller kan också kontrolleras, eller aktiverad, genom att byta magnetfält. Magnetisk aktivering har fördelen att den inte kräver direktkontakt, medan elektrisk aktivering kräver kontakt med elektroder. Dock, hittills har alla demonstrationer av användning av magnetfält för att aktivera flytande kristaller krävt extremt starka magnetfält (~ 1 Tesla), begränsa deras praktiska användning.
Nu i en ny studie publicerad i Nano bokstäver , forskare Mingsheng Wang, et al., vid University of California, Riverside; och Whittier College i Whittier, Kalifornien, har visat att svaga magnetfält (1 milliTesla) effektivt kan aktivera flytande kristaller. De magnetiskt påverkade flytande kristallerna uppvisar en omkopplingshastighet på mindre än 0,01 sekunder (frekvens över 100 Hz), vilket är jämförbart med prestanda för kommersiella flytande kristaller baserade på elektrisk omkoppling.
Nyckeln till prestationen var att använda magnetiska järnoxid -nanoroder som byggstenar för att konstruera de flytande kristallerna. På grund av deras magnetiska egenskaper, nanorodernas orienteringar kan styras av svaga magnetfält. Vid applicering av ett externt magnetfält, de magnetiska nanoroderna anpassar sig längs fältriktningen.
Denna metod ger ett sätt att kontrollera de flytande kristallernas optiska egenskaper på grund av förhållandet mellan nanorodernas orienteringar och mängden ljus som överförs genom dem. När nanoroderna är parallella (0 °) eller vinkelräta (90 °) mot polarisatorn, ljusintensiteten är mycket låg så displayen är mörk. När nanoroderna är orienterade i 45 ° i förhållande till polarisatorn, ljusintensiteten är hög så displayen är ljus. Genom att rotera magnetfältet kontinuerligt, forskarna kan orsaka kontinuerlig optisk omkoppling av flytande kristall.
En annan fördel med att konstruera flytande kristaller av oorganiska nanostrukturer är att det öppnar möjligheten att permanent fixera orienteringen av vissa nanoroder med litografi. Att demonstrera, forskarna klämde in en flytande kristallösning som innehåller magnetiska nanoroder och harts mellan två glasbitar. Sedan placerade de en fotomask ovanpå, och använde ett UV -ljus för att härda hartset och fixera orienteringen av nanoroderna i de otäckta områdena i fotomask. Nästa, forskarna tog bort fotomasken, roterade magnetfältet för att ändra orienteringen för de ofixade nanoroderna, och slutligen använde UV -ljuset igen för att fixa dessa nanoroder i den nya orienteringen.
Resultatet blev en mönstrad flytande kristall vars mörka och ljusa områden kan vändas genom att flytta polarisatorns axel. Eftersom mönstret är polarisationsberoende, det kan ha applikationer i enheter mot förfalskning.
"The liquid crystals can be made in a polymer thin film in which the orientation of magnetic nanorods can be fixed by combining magnetic alignment and lithography processes, thus creating patterns of different polarizations and control over the transmittance of light in particular areas, " coauthor Yadong Yin, Professor at University of California-Riverside, berättade Phys.org . "Such a thin film does not display visual information under normal light, but shows high contrast patterns under polarized light. The contrast of the patterns can also change with the direction of the polarized light, making them immediately very useful for anticounterfeiting or other information encryption applications."
With its advantageous features such as the electrode-less remote control of its optical properties and ability to fixate the liquid crystal orientation to create polarization patterns, the magnetically actuated liquid crystals could provide a new platform for fabricating other novel optical devices, including displays, waveguides, ställdon, and optical modulators.
"Our magnetic liquid crystals show control of the transmittance of light so that they can have direct applications in displays such as signage, posters, writing tablets, and billboards, although their use as high-resolution displays (like computer monitors) might be limited due to the resolution in controlling the magnetic fields, " Yin said. "They may also find applications as optical modulators, which are optical communication devices for controlling the amplitude, fas, polarization, and propagation direction of light."
I framtiden, the researchers plan to further improve the optical properties of the nanorods.
"The absorption of the iron oxide nanorods in the visible spectrum may limit some potential applications, " Yin said. "Our next step will be reducing the optical absorption of the iron oxide nanorods, either by modifying the iron oxide nanorods to reduce their absorption or replacing them with other transparent magnetic nanorods. Our future efforts will also be made to explore the use of our materials for specific applications. Although we have envisioned many potential applications, it still requires significant efforts to optimize the technology to fit the specific needs of various applications."
© 2014 Phys.org
