柱筒中掺杂手性剂向列相液晶的介电及挠曲电性能

李延敏; 孙桂姣; 马子寒; 盖文雅; 韩岳; 张辉; 郑桂丽; 张艳君; 李志广

doi:10.37188/CJLCD.2022-0366

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柱筒中掺杂手性剂向列相液晶的介电及挠曲电性能

器件物理及器件制备 | 更新时间：2023-04-10

- 柱筒中掺杂手性剂向列相液晶的介电及挠曲电性能
- Dielectric and flexoelectric properties of nematic liquid crystal with chiral dopants in a concentric cylindrical cell
- 液晶与显示 2023年38卷第4期页码：462-470
- 作者机构：
  
  河北工业大学理学院，天津300401
- 作者简介：
  
  [ "李延敏（1997—），女，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，2020年于集宁师范学院获得学士学位，主要从事液晶物理与液晶器件的研究。E-mail：785415196@qq.com" ]
  [ "张艳君（1977—），女，河北邢台人，博士，副教授，2008年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事液晶物理与液晶器件的研究。E-mail：zyj513@hebut.edu.cn" ]
  [ "李志广(1978—），男，河北衡水人，博士，副教授，2014年于河北工业大学获得博士学位，主要从事液晶物理与液晶器件的研究。E-mail：zhglee@hebut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  河北省自然科学基金(F2020202015);中国创新方法基金(2020IM020600)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0366
  中图分类号： O753⁺.2
- 收稿日期：2022-11-02，
  
  修回日期：2022-11-16，
  
  纸质出版日期：2023-04-05
- 稿件说明：
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李延敏, 孙桂姣, 马子寒, 等. 柱筒中掺杂手性剂向列相液晶的介电及挠曲电性能[J]. 液晶与显示, 2023,38(4):462-470.

LI Yan-min, SUN Gui-jiao, MA Zi-han, et al. Dielectric and flexoelectric properties of nematic liquid crystal with chiral dopants in a concentric cylindrical cell[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(4): 462-470.
李延敏, 孙桂姣, 马子寒, 等. 柱筒中掺杂手性剂向列相液晶的介电及挠曲电性能[J]. 液晶与显示, 2023,38(4):462-470. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0366.

LI Yan-min, SUN Gui-jiao, MA Zi-han, et al. Dielectric and flexoelectric properties of nematic liquid crystal with chiral dopants in a concentric cylindrical cell[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2023, 38(4): 462-470. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0366.

摘要

在电场作用下，同心圆柱筒中的介电作用及挠曲电作用具有与平面液晶盒中不同的性质。本文在轴向强锚定边界条件下，对柱筒内添加手性剂的向列相液晶5CB施加径向电场，分别研究了介电效应和挠曲电效应对指向矢分布的影响。基于液晶连续体弹性理论和有限差分迭代方法，计算了体平衡态方程。通过数值计算发现，挠曲电系数

、

具有不同的取向作用。本文的模拟结果为电场作用下柱筒内手性向列相液晶指向矢结构的预测提供了更全面的理论分析，对液晶挠曲电系数的测量也具有一定的指导意义。

Abstract

The properties of the dielectric and the flexoelectric effects in a concentric cylinder under electric field are different from those of liquid crystal cells. Flexoelectric effect and dielectric effect on nematic liquid crystal 5CB with chiral dopants in a concentric cylindrical cell with axial strong anchoring conditions in radial electric field are studied. The equations in the bulk are obtained based on the Frank elastic theory and the difference iteration method. It is found that the flexoelectric coefficients

and

have different orientation effects by numerical calculation. Our method provides an accurate theoretical analysis for the prediction of the chiral nematic liquid crystal director in a concentric cylindrical cell under the action of the electric field and it also has a certain guiding significance for the measurement of the flexoelectric coefficients.

关键词

Keywords

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邹呈，高延子，于美娜，等 . 液晶/高分子复合材料及其在反式电控调光膜中的应用研究进展［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1213 - 1225 . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210373 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210373

ZOU C ， GAO Y Z ， YU M N ， et al . Recent advances in liquid crystal/polymer composites and their applications in reverse-mode electrically switchable light-transmittance controllable films ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1213 - 1225 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210373 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210373

张帅，杨洋，吉岩，等 . 磁响应液晶弹性体材料研究进展［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1299 - 1309 . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210316 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210316

ZHANG S ， YANG Y ， JI Y ， et al . Research process on magneto-responsive liquid crystalline elastomers ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1299 - 1309 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210316 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210316

纪宇帆，蔡锋，于海峰 . 液晶聚合物的表面形貌光调控研究进展［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1226 - 1237 . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210381 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210381

JI Y F ， CAI F ， YU H F . Research progress on photoswitchable surface topography of liquid crystalline polymer ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1226 - 1237 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210381 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210381

张昭永，李谦，王大霖，等 . 含侧链盘状苯并菲和棒状偶氮苯的二嵌段液晶共聚物的可控合成及其光物理性质［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1340 - 1352 .

ZHANG Z Y ， LI Q ， WANG D L ， et al . Controlled synthesis and photophysical properties of liquid crystalline diblock copolymers with side-chain discotic triphylene and calamitic azobenzene mesogens ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1340 - 1352 . （in Chinese）

崔永杰，钟佳鑫，廖勋凡，等 . 液晶分子在有机太阳能电池中的应用研究进展［J］. 应用化学， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1326 - 1339 . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210359 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210359

CUI Y J ， ZHONG J X ， LIAO X F ， et al . Research progress of liquid crystal molecules for application in organic solar cells ［J］. Chinese Journal of Applied Chemistry ， 2021 ， 38 （ 10 ）： 1326 - 1339 . （in Chinese） . doi: 10.19894/j.issn.1000-0518.210359 http://dx.doi.org/10.19894/j.issn.1000-0518.210359

YANG D K ， WU S T . Fundamentals of Liquid Crystal Devices ［M］. 2nd ed . Chichester ： John Wiley & Sons， Ltd. ， 2015 .

REINITZER F . Beiträge zur kenntniss des cholesterins ［J］. Monatshefte für Chemie und verwandte Teile anderer Wissenschaften ， 1888 ， 9 （ 1 ）： 421 - 441 . doi: 10.1007/bf01516710 http://dx.doi.org/10.1007/bf01516710

BAESSLER H ， LABES M M . Relationship between electric field strength and helix pitch in induced cholesteric-nematic phase transitions ［J］. Physical Review Letters ， 1968 ， 21 （ 27 ）： 1791 - 1793 . doi: 10.1103/physrevlett.21.1791 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.21.1791

GRRITSMA C J ， ZANTEN P V . Electric-field-induced texture transformation and pitch contraction in a cholesteric liquid crystal ［J］. Molecular Crystals and Liquid Crystals ， 1971 ， 15 （ 3 ）： 257 - 268 . doi: 10.1080/15421407108083241 http://dx.doi.org/10.1080/15421407108083241

RYABCHUN A ， BOBROVSKY A ， STUMPE J ， et al . Rotatable diffraction gratings based on cholesteric liquid crystals with phototunable helix pitch ［J］. Advanced Optical Materials ， 2015 ， 3 （ 9 ）： 1273 - 1279 . doi: 10.1002/adom.201500159 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201500159

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

EARLS A ， CALDERER M C . Three-dimensional soliton-like distortions in flexoelectric nematic liquid crystals： modelling and linear analysis ［J］. Liquid Crystals ， 2022 ， 49 （ 5 ）： 742 - 757 . doi: 10.1080/02678292.2021.2006812 http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2021.2006812

DERFEL G ， BUCZKOWSKA M . Electric field induced deformations of twisted flexoelectric nematic layers ［J］. Liquid Crystals ， 2015 ， 42 （ 9 ）： 1213 - 1220 . doi: 10.1080/02678292.2015.1033770 http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2015.1033770

MARTÍNEZ-SÁNCHEZ D ， REYES J A . The role of the anchoring conditions in the electrorheological behaviour of a nematic constrained by two coaxial cylinders and submitted by a pressure drop ［J］. Liquid Crystals ， 2017 ， 44 （ 6 ）： 996 - 1006 . doi: 10.1080/02678292.2016.1255997 http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2016.1255997

MEYER R B . Distortion of a cholesteric structure by a magnetic field ［J］. Applied Physics Letters ， 1969 ， 14 （ 7 ）： 208 - 209 . doi: 10.1063/1.1652780 http://dx.doi.org/10.1063/1.1652780

OSKIRKO A D ， UL’YANOV S V ， VAL’KOV A Y . Influence of flexoelectric effect on the Fréedericksz transition in chiral nematic liquid crystals ［J］. Physical Review E ， 2018 ， 98 （ 1 ）： 012702 . doi: 10.1103/physreve.98.012702 http://dx.doi.org/10.1103/physreve.98.012702

TAN G J ， LEE Y H ， GOU F W ， et al . Review on polymer-stabilized short-pitch cholesteric liquid crystal displays ［J］. Journal of Physics D： Applied Physics ， 2017 ， 50 （ 49 ）： 493001 . doi: 10.1088/1361-6463/aa916a http://dx.doi.org/10.1088/1361-6463/aa916a

VARANYTSIA A ， CHIEN L C . Giant flexoelectro-optic effect with liquid crystal dimer CB7CB ［J］. Scientific Reports ， 2017 ， 7 ： 41333 . doi: 10.1038/srep41333 http://dx.doi.org/10.1038/srep41333

TRABI C L ， BROWN C V ， SMITH A A T ， et al . Interferometric method for determining the sum of the flexoelectric coefficients （ e 1 + e 3 ） in an ionic nematic material ［J］. Applied Physics Letters ， 2008 ， 92 （ 22 ）： 223509 . doi: 10.1063/1.2938722 http://dx.doi.org/10.1063/1.2938722

HARDEN J ， MBANGA B ， ÉBER N ， et al . Giant flexoelectricity of bent-core nematic liquid crystals ［J］. Physical Review Letters ， 2006 ， 97 （ 15 ）： 157802 . doi: 10.1103/physrevlett.97.157802 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.97.157802

CASTLES F ， MORRIS S M ， COLES H J . The limits of flexoelectricity in liquid crystals ［J］. AIP Advances ， 2011 ， 1 （ 3 ）： 032120 . doi: 10.1063/1.3624725 http://dx.doi.org/10.1063/1.3624725

LI Y ， LIU Y J ， LUO D . Optical thermal sensor based on cholesteric film refilled with mixture of toluene and ethanol ［J］. Optics Express ， 2017 ， 25 （ 21 ）： 26349 - 26355 . doi: 10.1364/oe.25.026349 http://dx.doi.org/10.1364/oe.25.026349

SAADAOUI L ， PETRIASHVILI G ， DE SANTO M P ， et al . Electrically controllable multicolor cholesteric laser ［J］. Optics Express ， 2015 ， 23 （ 17 ）： 22922 - 22927 . doi: 10.1364/oe.23.022922 http://dx.doi.org/10.1364/oe.23.022922

VARANYTSIA A ， GUO T Y ， PALFFY-MUHORAY P . Small footprint cholesteric liquid crystal laser ［J］. Applied Optics ， 2019 ， 58 （ 4 ）： 739 - 743 . doi: 10.1364/ao.58.000739 http://dx.doi.org/10.1364/ao.58.000739

乌日娜，邬小娇，吴杰，等 . 电场作用下染料掺杂手性向列相液晶器件激光辐射谱研究［J］. 光谱学与光谱分析， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1313 - 1316 . doi: 10.1088/1674-1056/24/5/054211 http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/24/5/054211

WU R N ， WU X J ， WU J ， et al . A study of lasing spectrum of dye-doped chiral nematic liquid crystal cell under electric field ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2016 ， 36 （ 5 ）： 1313 - 1316 . （in Chinese） . doi: 10.1088/1674-1056/24/5/054211 http://dx.doi.org/10.1088/1674-1056/24/5/054211

LIU H H ， ZHANG Y J ， YUE H R ， et al . Influence of flexoelectric effect on director alignment of nematic liquid crystals in axial arrangement cylindrical cells ［J］. Chinese Physics Letters ， 2018 ， 35 （ 2 ）： 026103 . doi: 10.1088/0256-307x/35/2/026103 http://dx.doi.org/10.1088/0256-307x/35/2/026103

LI J F ， ZHANG Y J ， YUE H R ， et al . Flexoelectric effect in cylindrical hybrid aligned nematic liquid crystals cell ［J］. Liquid Crystals ， 2019 ， 46 （ 5 ）： 674 - 679 . doi: 10.1080/02678292.2018.1518547 http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2018.1518547

BREDDELS P A ， MULKENS J C H . The determination of the Frank elastic constant for twist deformation of 4’-n-pentyl-4-cyanobiphenyl （5CB） using a conoscope ［J］. Molecular Crystals and Liquid Crystals ， 1987 ， 147 （ 1 ）： 107 - 112 . doi: 10.1080/00268948708084628 http://dx.doi.org/10.1080/00268948708084628

MEYER R B . Piezoelectric effects in liquid crystals ［J］. Physical Review Letters ， 1969 ， 22 （ 18 ）： 918 - 921 . doi: 10.1103/physrevlett.22.918 http://dx.doi.org/10.1103/physrevlett.22.918

FRANK F C . I. Liquid crystals. On the theory of liquid crystals ［J］. Discussions of the Faraday Society ， 1958 ， 25 ： 19 - 28 . doi: 10.1039/df9582500019 http://dx.doi.org/10.1039/df9582500019

WANG Q ， HE S L ， YU F H ， et al . Interactive finite-difference method for calculating the distribution of the liquid crystal director ［J］. Optical Engineering ， 2001 ， 40 （ 11 ）： 2552 - 2557 . doi: 10.1117/1.1411974 http://dx.doi.org/10.1117/1.1411974

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