進階搜尋


   電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
(※如查詢不到或館藏狀況顯示「閉架不公開」,表示該本論文不在書庫,無法取用。)
系統識別號 U0026-2607201916194000
論文名稱(中文) 中孔洞氧化矽空心球在向列型及膽固醇液晶的物理現象與應用
論文名稱(英文) The physical phenomena and application of Mesoporous silica hollow sphere in nematic and chiral nematic liquid crystal
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 物理學系
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生(中文) 呂岱諺
研究生(英文) Dai-Yan Lu
學號 L26064307
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 39頁
口試委員 指導教授-羅光耀
口試委員-林弘萍
口試委員-黃啟炎
中文關鍵字 中孔洞  液晶  拓樸缺陷  膽固醇相  藍相 
英文關鍵字 Mesoporous  liquid crystals  Topological defect  Chiral nematic  Blue phase 
學科別分類
中文摘要 液晶在生活中之用途廣泛,從電視螢幕到手錶面板皆有液晶存在。本論文將研究在液晶中摻雜表面孔洞處理之氧化矽微米球,並觀察其在向列型液晶中之行為與膽固醇液晶中應用。
垂直配向氧化矽球(solid silica spheres, 簡稱SSS)在液晶中由於強表面錨定力會產生拓樸缺陷,由於拓樸缺陷會使SSS傾相於聚集而使系統穩定,因此SSS會在液晶中聚集而無法均勻分散。而本研究所使用之中孔洞氧化矽空心球(mesoporous silica hollow spheres, 簡稱MPSHSs),其孔洞表面會使其表層液晶產生一層極薄且極紊亂的無序層(disorder layer, 簡稱DOL),DOL外之液晶為維持液晶之連續彈性體而漸漸排列,由於DOL中的液晶分子無特定指向,DOL外的液晶不易感受到DOL液晶所導引,即MPSHSs對液晶之錨定力相對弱,故不會產生拓樸缺陷,進而使得液晶中的中孔洞氧化矽空心球不再聚集,在應用端也有更大的發揮。
實驗上使用顯微鏡來觀察MPSHSs在液晶中之行為,以照相機進行記錄,並在顯微鏡加入偏光片與來觀測其光學性質。首先觀察MPSHSs在相列型液晶中之光學顯微鏡(optical microscope, OM)圖像並從其在液晶中的分布來判斷,不具有拓樸缺陷的MPSHSs之周圍液晶排列方式,以及球殼內液晶之組成,並以中孔洞氧化矽實心球(mesoporous silica solid spheres, MPSSSs)來驗證,確認MPSHSs球殼外會產生兩點液晶扭曲較大,意即折射率變化較大的區域,而在OM圖下呈現黑點,另外MPSHSs內之液晶由於排列成滴狀而有兩點液晶折射率變化較大之區域亦會形成黑點,並以加熱樣本確認MPSHSs內滴狀液晶之存在。
而觀測中孔洞之表面對液晶之錨定力強弱時將對液晶樣本施加電壓,檢測其MPSSS表面液晶對電壓強度之反應,並與SSS進行比較,可發現MPSSS周圍之液晶在無電壓下之亮度低於SSS,而飽和電壓低於SSS,但在20 V時MPSSS之亮度大於SSS,是由於MPSSS球殼上方表面之DOL之液晶擾動大於單純表面垂直配向之SSS。
在MPSHSs與藍相液晶的應用中,將球大小縮減至300 nm、150 nm和100 nm,將其摻入藍相液晶,並改變空心球與液晶之重量百分比,觀測其藍相液晶相變溫度之改變,可以發現300 nm之MPSHSs效果最佳,平均上可使溫寬增加1.2倍,150 nm平均上可增加1.1倍,100 nm空心球效果較差,溫寬無太大差異,原因為過小之空心球容易聚集,而使藍相液晶之雙螺旋柱不易形成。
英文摘要 Mesoporous silica hollow spheres (MPSHSs) is a kind of hollow microsphere that have large surface/volume ratio, the pore on the silica hollow spheres let the liquid crystals molecular arrange disorderly. There is a thin and disorder liquid crystals layer around the MPSHSs called that disorder layer (DOL). The order parameter in the DOL is low. The outer liquid crystals layer cannot feel the director axis from the DOL, so the anchoring of the MPSHSs is weak. According the topological defect theorem, topological defect won’t exist when R≪K/W , R is the radius of the sphere, K is the elastic constant of the liquid crystals, W is the surface anchoring of the sphere. MPSHSs will disperse in the nematic liquid crystals. DOL will not distort the surrounding director axis, the liquid crystals go through nothing. Base on the weak anchoring of MPSHSs, when we apply voltage on liquid crystal bulk, the brightness of the MPSSSs is smaller than SSS. When apply 20 V, the brightness of MPSSS is larger than SSS, because the DOL on MPSSS’s surface. On the other hand, we reduce the size of MPSHSs to 100 nm, 150 nm and 300 nm, and mixed MPSHSs with blue phase liquid crystals (BPLC) by different weight percent. The temperature range of BPLC will extend. The most effective one is 300nm MPSHSs, the temperature range increased by a factor of 1.2 in average.
論文目次 目錄
第一章、介紹 1
第二章、原理 2
2-1 液晶 2
2-1-1 液晶的種類 2
2-1-2 液晶的光學及物理特性 3
2-2 液晶中的缺陷 5
2-2-1 顆粒在液晶中形成的拓樸缺陷 5
2-3 膽固醇液晶 9
2-4 藍相液晶 10
第三章、中孔洞二氧化矽空心球 14
3-1 中孔洞二氧化矽空心球的結構特徵 14
3-2 中孔洞二氧化矽空心球在液晶中的行為 14
第四章、實驗方法 17
4-1 樣本製作 17
4-2 偏光顯微鏡 18
4-3表面垂直配向的二氧化矽實心球製作 19
4-4 實驗材料 19
第五章、結果與討論 20
5-1 中孔洞氧化矽空心球在向列型液中的光學現象 20
5-2 中孔洞表面對電壓強度響應 23
5-3 中孔洞氧化矽空心球在膽固醇液晶中之表現 26
5-4 中孔洞氧化矽空心球對藍相液晶寬溫效果 30
結論 37
參考文獻 38
參考文獻 [1] 松本正一, and 角田市良. "液晶の基礎と応用." (1991): 29.
[2] Lavrentovich, Oleg D. "Transport of particles in liquid crystals." Soft Matter 10.9 (2014): 1264-1283.
[3] Škarabot, M., and I. Muševič. "Direct observation of interaction of nanoparticles in a nematic liquid crystal." Soft Matter 6.21 (2010): 5476-5481.
[4] Takahashi, Kenji, Masatoshi Ichikawa, and Yasuyuki Kimura. "Force between colloidal particles in a nematic liquid crystal studied by optical tweezers." Physical Review E 77.2 (2008): 020703.
[5] Yada, Makoto, Jun Yamamoto, and Hiroshi Yokoyama. "Direct observation of anisotropic interparticle forces in nematic colloids with optical tweezers." Physical review letters 92.18 (2004): 185501.
[6] University of Cambridge Research at CMMPE. Materials Introduction to liquid crystals
[7] Meiboom, S., et al. "Theory of the blue phase of cholesteric liquid crystals." Physical Review Letters 46.18 (1981): 1216.
[8] Rahman, MD Asiqur, Suhana Mohd Said, and S. Balamurugan. "Blue phase liquid crystal: strategies for phase stabilization and device development." Science and technology of advanced materials 16.3 (2015): 033501.
[9] Yoshida, Hiroyuki, et al. "Nanoparticle-stabilized cholesteric blue phases." Applied physics express 2.12 (2009): 121501.
[10] Castles, F., et al. "Blue-phase templated fabrication of three-dimensional nanostructures for photonic applications." Nature materials 11.7 (2012): 599.
[11] Škarabot, M., et al. "Interactions of quadrupolar nematic colloids." Physical Review E 77.3 (2008): 031705.
[12] Prishchepa, O. O., et al. "Optical textures and orientational structures of nematic and cholesteric droplets with heterogeneous boundary conditions." Molecular Crystals and Liquid Crystals 489.1 (2008): 84-410.
[13] Lin, Jia-De, et al. "Microstructure-stabilized blue phase liquid crystals." ACS omega 3.11 (2018): 15435-15441.
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2024-07-18起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2024-07-18起公開。


  • 如您有疑問,請聯絡圖書館
    聯絡電話:(06)2757575#65773
    聯絡E-mail:etds@email.ncku.edu.tw