Researches and applications of cholesteric liquid crystal droplets

Chen-jing YANG; Dong CHEN

doi:10.37188/CJLCD.2022-0002

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Researches and applications of cholesteric liquid crystal droplets

IntelligentLCD Materials and Devices | 更新时间：2022-08-10

- Researches and applications of cholesteric liquid crystal droplets
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 8, Pages: 1070-1078(2022)
- 作者机构：
  
  浙江大学能源工程学院，浙江杭州 310027
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the the National Natural Science Foundation of China(21878258);the Zhejiang Provincial Natural Science Foundation(LY20B060027)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0002
  CLC： O753⁺.2
- Received：02 January 2022，
  
  Revised：24 January 2022，
  
  Published：05 August 2022
- 稿件说明：
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Chen-jing YANG, Dong CHEN. Researches and applications of cholesteric liquid crystal droplets[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(8): 1070-1078.
DOI：

Chen-jing YANG, Dong CHEN. Researches and applications of cholesteric liquid crystal droplets[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(8): 1070-1078. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0002.

摘要

液晶作为一种典型的软物质材料，既具有液体的流动性，又具有晶体的有序性，表现出极其丰富的自组装结构和独特的物理化学性质。除液晶显示之外，液晶在光学、功能材料等领域的新应用也取得了快速发展。液晶微液滴作为新的功能基元，具有功能丰富，易于加工集成等特点，受到了越来越多的关注和研究。其中，胆甾相液晶微液滴的功能和性质可以通过其结构和组成进行调控，具有重要的应用前景。基于此，本文详细综述了球形、扁椭球形和复杂结构胆甾相液晶微液滴的分子排列结构、物理化学性质及其前沿应用，并展望了液晶微液滴作为功能基元在智能响应材料、光学器件、软体机器人等领域的应用前景。

Abstract

Liquid crystals are a typical functional soft matter， possessing both the fluidity of liquids and the ordering of crystals. Liquid crystals show rich self-assembled microstructures and unique physical and chemical properties. Besides， liquid crystal display， applications of liquid crystals in areas such as optics and functional materials have achieved a large progress. Liquid crystal droplets， which could serve as basic functional elements， own the characteristics of rich features， easy orientation and processing integration， have received extensive attention. The functions and properties of cholesteric liquid crystal droplets could be tuned by their microstructures and compositions， which show a great potential for applications. This review systematically summarizes the molecular arrangements， physicochemical properties and frontier applications of spherical， oblate and complex cholesteric droplets. The application prospects of liquid crystal droplets as functional elements in smart functional materials， photonic devices and soft robotics are also discussed.

关键词

Keywords

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MA L L ， LIU C ， WU S B ， et al . Programmable self-propelling actuators enabled by a dynamic helical medium ［J］. Science Advances ， 2021 ， 7 （ 32 ）： eabh3505 . doi: 10.1126/sciadv.abh3505 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abh3505

CHEN D ， PORADA J H ， HOOPER J B ， et al . Chiral heliconical ground state of nanoscale pitch in a nematic liquid crystal of achiral molecular dimers ［J］. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America ， 2013 ， 110 （ 40 ）： 15931 - 15936 . doi: 10.1073/pnas.1314654110 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1314654110

ZHENG Z G ， LI Y N ， BISOYI H K ， et al . Three-dimensional control of the helical axis of a chiral nematic liquid crystal by light ［J］. Nature ， 2016 ， 531 （ 7594 ）： 352 - 356 . doi: 10.1038/nature17141 http://dx.doi.org/10.1038/nature17141

LIU J ， LIU W Z ， GUAN B ， et al . Diffusionless transformation of soft cubic superstructure from amorphous to simple cubic and body-centered cubic phases ［J］. Nature Communications ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 3477 . doi: 10.1038/s41467-021-23631-w http://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-23631-w

WANG X Z ， YANG C J ， CAI L H ， et al . The rheology property of organogels based on 3D helical nanofilament networks self-assembled by bent-core liquid crystals ［J］. Acta Physica Sinica ， 2020 ， 69 （ 8 ）： 086102 . doi: 10.7498/aps.69.20200332 http://dx.doi.org/10.7498/aps.69.20200332

CHEN D ， COLEMAN D A ， ZHU C H ， et al . Frustration between two-and three-dimensional smectic ordering leads to a biaxial nematic phase ［J］. Soft Matter ， 2020 ， 16 （ 3 ）： 747 - 753 . doi: 10.1039/c9sm01809c http://dx.doi.org/10.1039/c9sm01809c

CHEN D ， TUCHBAND M R ， HORANYI B ， et al . Diastereomeric liquid crystal domains at the mesoscale ［J］. Nature Communications ， 2015 ， 6 （ 1 ）： 7763 . doi: 10.1038/ncomms8763 http://dx.doi.org/10.1038/ncomms8763

BELMONTE A ， PILZ DA CUNHA M ， NICKMANS K ， et al . Brush‐paintable， temperature and light responsive triple shape‐memory photonic coatings based on micrometer-sized cholesteric liquid crystal polymer particles ［J］. Advanced Optical Materials ， 2020 ， 8 （ 9 ）： 2000054 . doi: 10.1002/adom.202000054 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202000054

MARTINEZ A M ， MCBRIDE M K ， WHITE T J ， et al . Reconfigurable and spatially programmable chameleon skin-like material utilizing light responsive covalent adaptable cholesteric liquid crystal elastomers ［J］. Advanced Functional Materials ， 2020 ， 30 （ 35 ）： 2003150 . doi: 10.1002/adfm.202003150 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202003150

KIZHAKIDATHAZHATH R ， GENG Y ， JAMPANI V S R ， et al . Facile anisotropic deswelling method for realizing large-area cholesteric liquid crystal elastomers with uniform structural color and broad-range mechanochromic response ［J］. Advanced Functional Materials ， 2020 ， 30 （ 7 ）： 1909537 . doi: 10.1002/adfm.201909537 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201909537

YANG C J ， CHEN L ， ZHANG R ， et al . Local high-density distributions of phospholipids induced by the nucleation and growth of smectic liquid crystals at the interface ［J］. Chinese Chemical Letters ， 2021 ， 33 （ 8 ）： 3973 - 3976 . doi: 10.1016/j.cclet.2021.11.016 http://dx.doi.org/10.1016/j.cclet.2021.11.016

NAKATA M ， CHEN D ， SHAO R F ， et al . Electro-optic response of the anticlinic， antiferroelectric liquid-crystal phase of a biaxial bent-core molecule with tilt angle near 45 ［J］. Physical Review E ， 2012 ， 85 （ 3 ）： 031704 . doi: 10.1103/physreve.85.031704 http://dx.doi.org/10.1103/physreve.85.031704

MENG Z J ， LIU Q ， ZHANG Y ， et al . Highly stiff and stretchable DNA liquid crystalline organogels with super plasticity， ultrafast self-healing， and magnetic response behaviors ［J］. Advanced Materials ， 2022 ， 34 （ 3 ）： 2106208 . doi: 10.1002/adma.202106208 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202106208

WAN S K ， CONG W ， SHAO B Q ， et al . A library of thermotropic liquid crystals of inorganic nanoparticles and extraordinary performances based on their collective ordering ［J］. Nano Today ， 2021 ， 38 ： 101115 . doi: 10.1016/j.nantod.2021.101115 http://dx.doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101115

JIANG S J ， ZHOU S J ， CHEN Y ， et al . Circularly polarized luminescence based on cholesterol-tetraphenylethylene-perylene liquid crystal ［J］. Chinese Chemical Letters ， 2022 ， 33 （ 5 ）： 2442 - 2446 . doi: 10.1016/j.cclet.2021.10.050 http://dx.doi.org/10.1016/j.cclet.2021.10.050

YANG B W ， CAI F ， HUANG S ， et al . Athermal and soft multi-nanopatterning of azopolymers： phototunable mechanical properties ［J］. Angewandte Chemie International Edition ， 2020 ， 59 （ 10 ）： 4035 - 4042 . doi: 10.1002/anie.201914201 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201914201

QIN L ， GU W ， WEI J ， et al . Piecewise phototuning of self‐organized helical superstructures ［J］. Advanced Materials ， 2018 ， 30 （ 8 ）： 1704941 . doi: 10.1002/adma.201704941 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201704941

MA L L ， WU S B ， HU W ， et al . Self-assembled asymmetric microlenses for four-dimensional visual imaging ［J］. ACS Nano ， 2019 ， 13 （ 12 ）： 13709 - 13715 . doi: 10.1021/acsnano.9b07104 http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b07104

SERRA F ， GHARBI M A ， LUO Y M ， et al . Curvature‐driven， one‐step assembly of reconfigurable smectic liquid crystal “Compound Eye” lenses ［J］. Advanced Optical Materials ， 2015 ， 3 （ 9 ）： 1287 - 1292 . doi: 10.1002/adom.201500153 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201500153

LI L ， XIAO L ， WANG J H ， et al . Movable electrowetting optofluidic lens for optical axial scanning in microscopy ［J］. Opto-Electronic Advances ， 2019 ， 2 （ 2 ）： 180025 . doi: 10.29026/oea.2019.180025 http://dx.doi.org/10.29026/oea.2019.180025

CHE K J ， YANG Y J ， LIN Y L ， et al . Microfluidic generation of cholesteric liquid crystal droplets with an integrative cavity for dual-gain and controllable lasing ［J］. Lab on A Chip ， 2019 ， 19 （ 18 ）： 3116 - 3122 . doi: 10.1039/c9lc00655a http://dx.doi.org/10.1039/c9lc00655a

LIN Y L ， YANG Y J ， SHAN Y W ， et al . Magnetic nanoparticle-assisted tunable optical patterns from spherical cholesteric liquid crystal Bragg reflectors ［J］. Nanomaterials ， 2017 ， 7 （ 11 ）： 376 . doi: 10.3390/nano7110376 http://dx.doi.org/10.3390/nano7110376

CHEN L ， XIAO Y ， WU Q L ， et al . Emulsion designer using microfluidic three‐dimensional droplet printing in droplet ［J］. Small ， 2021 ， 17 （ 39 ）： 2102579 . doi: 10.1002/smll.202102579 http://dx.doi.org/10.1002/smll.202102579

FAN J ， LI Y N ， BISOYI H K ， et al . Light-directing omnidirectional circularly polarized reflection from liquid-crystal droplets ［J］. Angewandte Chemie International Edition ， 2015 ， 127 （ 7 ）： 2188 - 2192 . doi: 10.1002/ange.201410788 http://dx.doi.org/10.1002/ange.201410788

罗炜程，车凯军，李森森，等 . 胆甾相液晶多重乳液微结构激光特性的研究进展［J］．液晶与显示， 2020 ， 35 （ 7 ）： 697 - 709 ． doi: 10.37188/YJYXS20203507.0697 http://dx.doi.org/10.37188/YJYXS20203507.0697

LUO W C ， CHE K J ， LI S S ， et al . Review on laser properties of cholesteric liquid crystals with multiple-emulsion microstructures ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2020 ， 35 （ 7 ）： 697 - 709 （in Chinese） . doi: 10.37188/YJYXS20203507.0697 http://dx.doi.org/10.37188/YJYXS20203507.0697

XIONG J H ， WU S T . Planar liquid crystal polarization optics for augmented reality and virtual reality： From fundamentals to applications ［J］. eLight ， 2021 ， 1 （ 1 ）： 3 . doi: 10.1186/s43593-021-00003-x http://dx.doi.org/10.1186/s43593-021-00003-x

BELTRAN-GRACIA E ， PARRI O L . A new twist on cholesteric films by using reactive mesogen particles ［J］. Journal of Materials Chemistry C ， 2015 ， 3 （ 43 ）： 11335 - 11340 . doi: 10.1039/c5tc02920a http://dx.doi.org/10.1039/c5tc02920a

SEO H J ， LEE S S ， NOH J ， et al . Robust photonic microparticles comprising cholesteric liquid crystals for anti-forgery materials ［J］. Journal of Materials Chemistry C ， 2017 ， 5 （ 30 ）： 7567 - 7573 . doi: 10.1039/c7tc02660a http://dx.doi.org/10.1039/c7tc02660a

CHEN L ， YANG C ， XIAO Y ， et al . Millifluidics， microfluidics， and nanofluidics： manipulating fluids at varying length scales ［J］. Materials Today Nano ， 2021 ， 16 ： 100136 . doi: 10.1016/j.mtnano.2021.100136 http://dx.doi.org/10.1016/j.mtnano.2021.100136

杨梦园，杨潇，封伟，等 . 近红外光响应液晶纳米智能材料［J］. 液晶与显示， 2020 ， 35 （ 7 ）： 631 - 644 ．

YANG M Y ， YANG X ， FENG W ， et al . Near-infrared light-responsive intelligent liquid crystal nanocomposites ［J］. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays ， 2020 ， 35 （ 7 ）： 631 - 644 （in Chinese） .

CHEN L J ， LI Y N ， FAN J ， et al . Photoresponsive monodisperse cholesteric liquid crystalline microshells for tunable omnidirectional lasing enabled by a visible light-driven chiral molecular switch ［J］. Advanced Optical Materials ， 2014 ， 2 （ 9 ）： 845 - 848 . doi: 10.1002/adom.201400166 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201400166

SHAN Y W ， YOU L Q ， BISOYI H K ， et al . Annular structural colors from bowl-like shriveled photonic microshells of cholesteric liquid crystals ［J］. Advanced Optical Materials ， 2020 ， 8 （ 20 ）： 2000692 . doi: 10.1002/adom.202000692 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202000692

KANG J H ， KIM S H ， FERNANDEZ-NIEVES A ， et al . Amplified photon upconversion by photonic shell of cholesteric liquid crystals ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2017 ， 139 （ 16 ）： 5708 - 5711 . doi: 10.1021/jacs.7b01981 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.7b01981

PARK S ， LEE S S ， KIM S H ， Photonic multishells composed of cholesteric liquid crystals designed by controlled phase separation in emulsion drops ［J］. Advanced Materials ， 2020 ， 32 （ 30 ）： 2002166 . doi: 10.1002/adma.202002166 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202002166

ZHU C Y ， LU Y ， JIANG L X ， et al . Liquid crystal soft actuators and robots toward mixed reality ［J］. Advanced Functional Materials ， 2021 ， 31 （ 39 ）： 2009835 . doi: 10.1002/adfm.202009835 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.202009835

YANG Y Z ， ZHANG X ， CHEN Y H ， et al . Bioinspired color-changing photonic polymer coatings based on three-dimensional blue phase liquid crystal networks ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2021 ， 13 （ 34 ）： 41102 - 41111 . doi: 10.1021/acsami.1c11711 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c11711

KOTIKIAN A ， TRUBY R L ， BOLEY J W ， et al . 3D printing of liquid crystal elastomeric actuators with spatially programed nematic order ［J］. Advanced Materials ， 2018 ， 30 （ 10 ）： 1706164 . doi: 10.1002/adma.201706164 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201706164

HUANG Y L ， BISOYI H K ， HUANG S ， et al . Bioinspired synergistic photochromic luminescence and programmable liquid crystal actuators ［J］. Angewandte Chemie International Edition ， 2021 ， 60 （ 20 ）： 11247 - 11251 . doi: 10.1002/anie.202101881 http://dx.doi.org/10.1002/anie.202101881

LEE H G ， MUNIR S ， PARK S Y . Cholesteric liquid crystal droplets for biosensors ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2016 ， 8 （ 39 ）： 26407 - 26417 . doi: 10.1021/acsami.6b09624 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.6b09624

WANG L ， CHEN D ， GUTIERREZ-CUEVAS K G ， et al . Optically reconfigurable chiral microspheres of self-organized helical superstructures with handedness inversion ［J］. Materials Horizons ， 2017 ， 4 （ 6 ）： 1190 - 1195 . doi: 10.1039/c7mh00644f http://dx.doi.org/10.1039/c7mh00644f

BELMONTE A ， BUS T ， BROER D J ， et al . Patterned full-color reflective coatings based on photonic cholesteric liquid-crystalline particles ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2019 ， 11 （ 15 ）： 14376 - 14382 . doi: 10.1021/acsami.9b02680 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b02680

ZHANG Y S ， WENG H S ， JIANG S A ， et al . Micro‐lifting jack： heat‐and light‐fueled 3D symmetric deformation of bragg-onion-like beads with fully polymerized chiral networks ［J］. Advanced Optical Materials ， 2021 ， 9 （ 21 ）： 2100667 . doi: 10.1002/adom.202100667 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202100667

HUANG S ， HUANG Y L ， LI Q . Photodeformable liquid crystalline polymers containing functional additives： toward photomanipulatable intelligent soft systems ［J］. Small Structures ， 2021 ， 2 （ 9 ）： 2100038 . doi: 10.1002/sstr.202100038 http://dx.doi.org/10.1002/sstr.202100038

FENG W ， LIU D Q ， BROER D J . Functional liquid crystal polymer surfaces with switchable topographies ［J］. Small Structures ， 2021 ， 2 （ 1 ）： 2000107 . doi: 10.1002/sstr.202000107 http://dx.doi.org/10.1002/sstr.202000107

LEE S S ， KIM S K ， WON J C ， et al . Reconfigurable photonic capsules containing cholesteric liquid crystals with planar alignment ［J］. Angewandte Chemie International Edition ， 2015 ， 127 （ 50 ）： 15481 - 15485 . doi: 10.1002/ange.201507723 http://dx.doi.org/10.1002/ange.201507723

QIN L ， LIU X J ， HE K Y ， et al . Geminate labels programmed by two-tone microdroplets combining structural and fluorescent color ［J］. Nature Communications ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 699 . doi: 10.1038/s41467-021-20908-y http://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-20908-y

PALACIO-BETANCUR V ， ARMAS-PéREZ J C ， VILLADA-GIL S ， et al . Cuboidal liquid crystal phases under multiaxial geometrical frustration ［J］. Soft Matter ， 2020 ， 16 （ 4 ）： 870 - 880 . doi: 10.1039/c9sm02021g http://dx.doi.org/10.1039/c9sm02021g

LEE S S ， KIM J B ， KIM Y H ， et al . Wavelength-tunable and shape-reconfigurable photonic capsule resonators containing cholesteric liquid crystals ［J］. Science Advances ， 2018 ， 4 （ 6 ）： eaat8276 . doi: 10.1126/sciadv.aat8276 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aat8276

YANG C J ， WU B H ， RUAN J ， et al . 3D-printed biomimetic systems with synergetic color and shape responses based on oblate cholesteric liquid crystal droplets ［J］. Advanced Materials ， 2021 ， 33 （ 10 ）： 2006361 . doi: 10.1002/adma.202006361 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202006361

YANG C J ， WU B H ， RUAN J ， et al . Mechanochromic responses of cholesteric liquid crystal droplets with nanoscale periodic helical structures showing reversible and tunable structural color ［J］. ACS Applied Polymer Materials ， 2021 ， 4 （ 1 ）： 463 - 468 . doi: 10.1021/acsapm.1c01362 http://dx.doi.org/10.1021/acsapm.1c01362

SCHWARTZ M ， LENZINI G ， GENG Y ， et al . Cholesteric liquid crystal shells as enabling material for information-rich design and architecture ［J］. Advanced Materials ， 2018 ， 30 （ 30 ）： 1707382 . doi: 10.1002/adma.201707382 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201707382

DUREY G ， SOHN H R O ， ACKERMAN P J ， et al . Topological solitons， cholesteric fingers and singular defect lines in Janus liquid crystal shells ［J］. Soft Matter ， 2020 ， 16 （ 11 ）： 2669 - 2682 . doi: 10.1039/c9sm02033k http://dx.doi.org/10.1039/c9sm02033k

JANG J H ， PARK S Y . pH-responsive cholesteric liquid crystal double emulsion droplets prepared by microfluidics ［J］. Sensors and Actuators B： Chemical ， 2017 ， 241 ： 636 - 643 . doi: 10.1016/j.snb.2016.10.118 http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2016.10.118

CONCELLóN A ， FONG D ， SWAGER T M . Complex liquid crystal emulsions for biosensing ［J］. Journal of the American Chemical Society ， 2021 ， 143 （ 24 ）： 9177 - 9182 . doi: 10.1021/jacs.1c04115 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.1c04115

MYUNG D B ， PARK S Y . Optical properties and applications of photonic shells ［J］. ACS Applied Materials & Interfaces ， 2019 ， 11 （ 22 ）： 20350 - 20359 . doi: 10.1021/acsami.9b04105 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b04105

LEE S S ， SEO H J ， KIM Y H ， et al . Structural color palettes of core-shell photonic ink capsules containing cholesteric liquid crystals ［J］. Advanced Materials ， 2017 ， 29 （ 23 ）： 1606894 . doi: 10.1002/adma.201606894 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201606894

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