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胆甾相液晶微球光学特性及其应用研究

摘要

液晶是自然界中本就存在的，它既有晶体的各向异性又有液体的流动性。胆甾相

液晶是一种具有层状螺旋周期性结构的特殊液晶，是由液晶分子在手性剂的诱导下自

组装排列形成，其可以选择性反射某一波段的光。相较于普通的一维和二维结构，胆

甾相液晶微球这种三维结构具备了更优异的光学性质，因此对胆甾相液晶微球的光学

特性进行应用开发成为了当今研究问题的热点。本文的主要研究内容如下：

首先，研究了胆甾相液晶微球的制备工艺。搭建了一种微流控装置并利用其制备

液晶微球。通过研究发现利用该装置制备的微球尺寸一般在80-120μm之间（尺寸均

匀、大小可控），也可制备直径200μm以内的不均匀液晶微球。

其次，针对因伪造造成巨大损失而常规的单态和双态防伪相对简单的问题，研究

并设计了一种“三态防伪油墨”。其利用了胆甾相液晶的选择性反射性质和胆甾相液

晶微球结构色不随观察角度变化的性质以及螺吡喃的光致异构特性，分别研究了这种

三态防伪油墨的结构色、荧光色和染料色。这种三态防伪油墨可应用于防伪标签和防

伪加密二维码等方面。其在可见光下显示的信息与紫外光下显示的信息二者相互独立，

在移除紫外光状态下显示的信息为前两者直接叠加。这种三态油墨相较于简单的单态

或双态防伪来说具有易于识别和难以仿制的优势。

最后，针对常规防晒霜中物理和化学防晒成分危害人体以及污染环境的问题，研

究了液晶材料的紫外吸收性质并将胆甾相液晶制备为“饼状半固化微球”用以阻碍紫

外线。研究了向列相液晶对紫外线的阻碍效果，发现向列相液晶E7可减少紫外线B

280-320nm99.9%A320-400nm52.5%

（）以及紫外线（），这是由于其具有紫外吸收

官能团。研究了胆甾相液晶对紫外线的阻碍效果，发现两种手性的胆甾相液晶结合使

用可降低紫外线B99.9%，紫外线A95.6%。但将其制备为胆甾相液晶微球效果反而差

了很多，因为液晶微球的反射中心只有一点，能反射的光太少。于是将胆甾相液晶微

球进一步制备为饼状半固化液晶微球，其可降低紫外线B58.2%以及紫外线A34.1%，

阻碍效果相较于球型微球已大大增强。其具有一定的紫外阻碍效果且更加环保。

关键词：胆甾相液晶微球；选择性反射；紫外吸收；防伪应用；防紫外应用

胆甾相液晶微球光学特性及其应用研究

Abstract

Liquidcrystals,auniquesubstanceinherentinnature,possessboththeanisotropyof

crystalsandthefluidityofliquids.Cholestericliquidcrystals,aparticulartypeofliquid

crystalwithalayeredhelicalperiodicstructure,areformedbytheself-assemblyand

arrangementofliquidcrystalmoleculesinducedbychiralagents.Theyexhibittheabilityto

selectivelyreflectcertainwavelengthsoflight.Comparedtoconventionalone-dimensional

andtwo-dimensionalstructures,cholestericliquidcrystalmicrospheres,possessingathree-

dimensionalstructure,demonstratesuperioropticalproperties.Consequently,theexploration

oftheopticalcharacteristicsofcholestericliquidcrystalmicrosphereshasbecomeafocal

pointincurrentr