EHC KCRK-07測試液晶盒在膽甾相液晶顯示材料研發中的應用

更新時間：2025-11-03

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EHC KCRK-07測試液晶盒在膽甾相液晶顯示材料研發中的應用

研究背景與意義：

膽甾相液晶的 “光學天賦" 與 “排隊難題"

你可能沒聽過 “膽甾相液晶（ChLC）"，但它的 “特殊技能" 早已藏在生活細節里 —— 它像一位精準的 “光篩選師"，能選擇性反射特定波長的圓偏振光，這種特性讓它成為反射式顯示屏、光增亮膜、防偽標簽甚至建筑節能玻璃的 “核心材料"。

不過，ChLC 的 “天賦" 能否發揮，全看分子是否 “排好隊"：當它的螺旋軸垂直于基板時，會呈現均一的 “平面織構（P 態）"，此時光學性能較優可一旦螺旋軸混亂排列，就會變成 “焦錐織構（FC 態）"，像蒙了一層霧，不僅透光度差（僅 10% 左右），還會失去選擇性反射能力。

過去，科研人員嘗試用物理摩擦、加熱、光敏聚合物等方法讓液晶分子 “排隊"，但這些方法要么操作復雜、損傷基板，要么無法實現遠程精準控制。“光驅動" 是理想方案 —— 用光照就能調節分子取向，既靈活又高效。但傳統光響應材料（如偶氮苯染料）存在 “響應慢、穩定性差" 的問題，難以滿足實際應用需求。

這時，“手性螺烯化合物" 進入視野：它的分子像個 “可調控的小轉子"，在紫外光與熱能交替作用下，能圍繞 “定子" 單向旋轉，改變自身光學手性，進而調控液晶的螺旋結構。于是研究團隊提出設想：將手性螺烯化合物摻入普通向列相液晶，能否制備出 “響應快、穩定性高" 的光響應 ChLC？而要實現這一目標，精準測量液晶螺距變化是關鍵 ——楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 正是解決這一問題的重要工具。

研究設備與過程：

從 “材料調配" 到 “光控實驗" 的全流程

要解開 “光如何指揮液晶分子排隊" 的謎題，研究團隊分三步搭建實驗體系，其中楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 貫穿測量環節，確保實驗數據的精準性：

1. 材料制備：打造 “光響應 ChLC" 體系

實驗的 “主角團" 由三類材料組成：

· 手性螺烯化合物 OA：實驗室合成的黃色固體，純度達 99.1%，是液晶的 “光響應開關"，能在紫外光下改變手性；

· 小分子向列相液晶 SLC1717：提供液晶基底，自身具有明確的相變溫度（91.8℃）與光學參數（折射率 1.720，雙折射率 0.201）；

· 右旋手性化合物 R811：輔助調節液晶螺旋結構，讓 ChLC 的初始螺距更易測量。

按 “94.0∶5.0∶1.0" 的質量比，將三者混合均勻，制成光響應 ChLC。隨后將其分為兩部分：一部分注入楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） —— 這個盒子的特殊之處在于 “楔形結構"（tanθ=0.0196），能通過光的干涉現象精準測量液晶螺距；另一部分注入普通液晶盒（膜厚 20±1.0μm），用于后續分子取向實驗。

楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司）

2. 實驗過程：用紫外光 “調控" 液晶，楔劈盒全程 “監工"

實驗的 “指揮棒" 是 FUV-6BK LED 紫外輻照燈（365nm 波長，廣州邦沃電子），可輸出 0.5-20mW/cm2 的不同光強，團隊設計兩類關鍵實驗：

· 單光強調控實驗：用固定光強持續照射 ChLC，通過楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 實時監測螺距變化。例如，用 20mW/cm2 強光照射時，楔劈盒顯示螺距從初始 1.0μm 快速增長，100 秒后穩定；而用 1mW/cm2 弱光照射，螺距需 300 秒才穩定，且變化幅度僅為強光的 1/3。同時觀察到，螺距增長會推動液晶從 FC 態向 P 態轉變，20mW/cm2 光照 60 秒即可實現轉變，透過率達 96%。

· 多階段調控實驗：針對 “強光后不穩定" 的問題，設計 “先強后弱" 的光照方案。第一階段用 20mW/cm2 強光（60 秒），借助楔劈盒確認螺距快速增長至目標值，液晶轉變為 P 態；第二階段換 2mW/cm2 弱光（60 秒），通過楔劈盒觀察到螺距緩慢微調，避免劇烈波動。最終實現 “60 秒快速取向 + 關燈后穩定 P 態" 的效果。

3. 輔助設備：為實驗結果 “保駕護航"

· ZEISS Axio Scope A1pol 偏光顯微鏡（POM）：觀察液晶織構變化，清晰捕捉 FC 態的混亂條紋與 P 態的均一亮場，直觀驗證取向效果；

· PerkinElmer Lambda 950 分光光度計：測定 633nm 波長下的透過率，用數據量化取向程度（如 FC 態透過率 10%、P 態透過率 96%）。

表征作用：

四類手段分工協作，楔劈盒成 “螺距測量"數據基礎

研究中用到的四類表征方法各有側重，其中楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 是測量液晶螺距的 “黃金標準"，為其他表征提供基礎數據支撐：

表征手段	作用	關鍵發現（結合楔劈盒數據）
楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司）	精準測量液晶螺距變化，是所有實驗的 “數據基礎"	紫外光強越高，螺距變化越快、幅度越大：20mW/cm2 光照下螺距變化速率是 1mW/cm2 的 3 倍；關燈后，不同光強處理的螺距均能恢復初始值，但強光組恢復時波動更劇烈
偏光顯微鏡（POM）	觀察液晶織構（分子排列狀態），直觀驗證取向效果	結合楔劈盒測得的 “螺距增長" 數據，發現當螺距增長至特定值時，FC 態混亂條紋消失，轉為 P 態均一亮場；強光組關燈后，螺距劇烈收縮導致 P 態條紋重新出現
分光光度計	量化液晶透過率，反映取向程度	楔劈盒顯示螺距穩定時，透過率也達到峰值：20mW/cm2 光照下透過率達 96%，1mW/cm2 光照下因螺距增長不足，透過率僅 64%
室溫熱回復測試	驗證取向穩定性，評估實用價值	對比楔劈盒測得的 “螺距恢復曲線" 發現：單光強組因螺距波動大，透過率 1 小時內從 96% 跌至 30%；多階段組螺距平緩恢復，透過率穩定在 90% 以上

例如，在單光強實驗中，楔劈盒先測得 “20mW/cm2 光照 100 秒后螺距穩定"，隨后 POM 觀察到液晶轉為 P 態，分光光度計同步測得透過率達 96%—— 三類設備數據相互印證，確保實驗結論的可靠性。

研究結果與價值：三大突破 + 楔劈盒的 “貢獻"

經過一系列實驗，研究團隊不僅揭示了光控液晶的規律，更提供了可落地的技術方案，其中楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 作為 “螺距測量核心"，為成果突破奠定基礎：

1. 突破一：紫外光強 “精準控螺距"，楔劈盒提供量化依據

借助楔劈盒的精準測量，團隊明確 “紫外光強 - 螺距變化" 的定量關系：光強每提升 10mW/cm2，螺距變化速率提升 2-3 倍，變化幅度增加 1.5 倍。這意味著我們可以像 “調水龍頭" 一樣，通過調節光強精準控制液晶螺旋結構 —— 這是實現光驅動取向的核心前提，而楔劈盒的楔形結構與高精度參數（tanθ=0.0196），確保了每一組螺距數據的準確性。

2. 突破二：多階段光照解決 “快與穩" 的矛盾

單光強方案存在 “兩難"：強光雖能讓液晶 60 秒內變 P 態，但楔劈盒顯示關燈后螺距劇烈收縮（波動幅度是弱光組的 4 倍），導致 P 態變回 FC 態；弱光雖穩定，但螺距增長慢，需 600 秒才變 P 態。

團隊基于楔劈盒測得的 “螺距 - 光強" 曲線，設計 “20mW/cm2（60 秒）→2mW/cm2（60 秒）" 的多階段方案：第一階段用強光讓螺距快速增長至目標值（楔劈盒實時監測），第二階段用弱光讓螺距平緩穩定。最終實現 “60 秒快速取向 + 關燈后透過率穩定 90% 以上"，解決了傳統光驅動液晶 “快而不穩" 的痛點。