蓝相液晶弹性体(BPEs)是一种集三维光子晶体结构与橡胶软弹性于一身的功能材料, 在液晶光子学领域具有广泛的应用前景, 但是新型BPEs的制备方法及其弹性性能有待进一步研究。本文在原位光聚合的基础上, 引入硫醇(EDDET)和丙烯酸酯之间的点击化学反应制备了不同EDDET含量的BPE薄膜, 系统研究了EDDET含量和光固化对BP晶格结构、热稳定性和光学特性的影响, 并测量了EDDET含量不同的BPE的弹性性能和力致变色性能。试验结果表明, EDDET可以有效填充BP的缺陷结构, 随着含量的增加, BP的热稳定性提高了5倍。光固化过程中会诱导BP晶格形变, 随EDDET含量增加, BPE薄膜的断裂长度可以提高7倍, 布拉格反射峰移动量相同时, 应力减小约52倍。通过该方法制备的BPE在智能仿生、传感、防伪、激光等领域具有广泛的应用前景。

为了探究液晶材料的介电性能，本文研究了4PPTGS和4PUTGS两种含氟三环NCS类液晶材料的介电各向异性和介电损耗。首先用精密LCR表(Agilent E4980A)测量液晶盒的电容并用双盒模型和液晶盒电容模型得到4PPTGS和4PUTGS两种液晶材料的平行和垂直介电常数，再由电压-电容特性曲线得到它们的阈值电压，并进一步探讨了介电各向异性和阈值电压对温度的依耐性; 然后，在20 Hz~10 kHz范围内研究了外加电压频率对液晶材料介电损耗的影响，两种液晶材料在1 kHz左右都存在介电损耗峰值，为了减小器件的功耗和提升器件的质量，液晶材料应选择在介电损耗小的频率下工作; 最后，通过对平行和垂直排列向列相盒中液晶材料在不同电压下介电损耗的测试与分析，介电损耗的变化是由于在外加电场下液晶分子固有偶极矩的取向极化引起的，介电损耗值的大小与液晶分子的排列状态密切相关。此项研究对提升液晶材料在应用中的介电性能具有一定的指导意义。

聚合物网络液晶一般有较大的阈值电压和饱和电压，有明显的迟滞效应，所以降低阈值电压与饱和电压，降低迟滞效应和增加对比度是研究的主要目标。表面活性剂的使用可以有效减小聚合物网络与液晶的相互作用，从而降低聚合物网络对液晶分子的锚定能，来达到降低阈值电压与饱和电压的效果。本文通过在聚合物网络液晶里掺入不同比例的表面活性剂(聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯：TWEEN 80)，来研究表面活性剂对聚合物网络液晶电光特性的影响。实验结果表明：在聚合物网络液晶里增加该种表面活性剂的比例达到10∶1时，阈值电压可以降低11倍以上，饱和电压降低5倍以上，对比度有一个大的提高，迟滞效应也得到很大的改善。本文结果对提高PNLC的电光特性有重要的指导意义。

平行排列向列相液晶盒基板表面锚泊能可以影响液晶盒内液晶分子指向矢的分布，光学上将导致液晶导模结构的变化。为了研究基板表面锚泊对液晶全漏导模的影响，首先基于液晶弹性理论推导了液晶指向矢在外加电压下满足的平衡态方程，随后由差分迭代方法数值计算液晶指向矢。最后，基于液晶多层光学理论推导了液晶导波反射率和透射率公式，并通过数值计算得到了平行排列向列相液晶全漏波导反射率Rss随内角变化的理论曲线。计算结果表明，相对于强锚泊情形(1×10-3 J/m2)，不同锚泊能强度(5×10-5 J/m2~1×10-3 J/m2)下的理论曲线会发生左移现象，移动距离与锚泊能强度有关。由曲线移动的距离可以确定液晶盒基板表面锚泊能的强度。该研究为进一步利用光导波技术测量液晶盒基板表面锚泊能强度提供了理论依据。

液晶材料的介电各向异性通常与频率有关。为进一步研究频率对液晶材料介电常数的影响, 首先, 使用紫外可见分光光度计(METASH UV-9000S)和表面轮廓仪(Contor GK-T)分别测量液晶盒厚度以及聚酰亚胺(PI)取向层厚度, 通过精密热台(LTS 350)控制实验温度20 ℃, 使用精密LCR表(Agilent E4980A)测定4种不同液晶材料在100~2 000 Hz的频率内的平行和垂直排列向列相液晶盒电容; 然后, 利用液晶盒电容模型计算出不同频率下液晶的平行和垂直介电常数, 并绘制频率-介电各向异性曲线; 最后, 分析频率对液晶介各向异性的影响。实验结果表明: 温度一定, 正性液晶的介电各向异性随频率的升高而减小, 然后逐渐趋于平缓, 负性液晶的介电各向异性随频率变化基本保持不变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电特性具有一定的指导意义。

液晶微波调制器件的相位调制取决于液晶分子指向矢的分布。液晶指向矢的分布不仅会受基板表面处液晶分子预倾角和锚定能等因素的影响, 液晶材料的挠曲电特性同样会影响液晶指向矢分布。基于液晶弹性理论和差分迭代方法, 研究了挠曲电效应对平行排列向列相(PAN)液晶微波相位调制的影响, 理论推导得到弱锚定PAN液晶盒的平衡态方程, 数值模拟给出了不同的预倾角、锚定能和液晶材料的挠曲电特性条件下单位长度微波相移(MPSL)随电压的变化。结果表明MPSL随锚定能系数的减小而增大, A0=Ad=5×10-5J/m2时, 挠曲电效应e11+e33=5×10-11C/m对MPSL最大可调范围为20°, 0°预倾角对MPSL最大可调范围为17°, MPSL差值最大增加均为9°; 预倾角为3°时, MPSL可调范围随挠曲电系数的增大而增大, 相对于忽略挠曲电效应情形, 强锚定A0=Ad=10-3J/m2条件下MPSL始终减小, 弱锚定A0=Ad=5×10-5J/m2条件下MPSL先减小后增大然后再减小, MPSL差值最大增加为9°。此项研究对液晶微波调制器件设计有一定的指导意义。

蓝相液晶由于其特有的扭曲双螺旋结构, 具有快速响应特性与宏观上的光学各向同性。通过聚合物稳定的方法, 可以提升其热稳定性, 但是也导致了驱动性能下降, 磁滞效应增强等问题。文章通过研究手性掺杂和聚合物网络对蓝相液晶材料体系的作用以及不同温度下的磁滞效应, 探索蓝相液晶器件光电特性的影响因子, 为改善蓝相液晶材料的光电特性提供理论上的支持。