"Zachte materie" werd voor het eerst voorgesteld door Pierre-Gilles de Gennes in zijn Nobelprijsuitreiking in 1991. De term beschrijft materialen tussen waterige stoffen en ideale vaste stoffen.

Materialen van zachte materie met een breed scala aan complexe configuraties, kleurrijke patronen, metastabiele toestanden en macroscopische zachtheid hebben waardevolle inspiratie opgeleverd voor het aanpakken van moderne uitdagingen in zowel optica als fotonica. Zelf-geassembleerd vloeibaar kristal (LC) vertegenwoordigt een van de meest aantrekkelijke systemen van zachte materie. De microstructuren vertonen superieure eigenschappen van gemakkelijke fabricage, fijnafstemming, hoge flexibiliteit en opmerkelijke responsiviteit op stimuli.

In de afgelopen jaren hebben optische systemen op basis van LC's (typische thermotrope en biogebaseerde lyotrope LC's) een bloeiende ontwikkeling doorgemaakt, wat de opkomst van nieuwe fenomenen, functies en toepassingen heeft bevorderd. Als zodanig is het van toenemend belang om recente ontwikkelingen van op LC-architecturen gebaseerde fotonica van zachte materie (Soft Mattonics) vanuit een alomvattend perspectief te bespreken om waardevolle referentie te bieden voor toekomstige ontwikkeling van het relevante rijk.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications , heeft een team van wetenschappers, geleid door professor Yan-Qing Lu van het National Laboratory of Solid State Microstructures, Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, en College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, China, en collega's uitgevoerd een systematische en uitgebreide review om verschillende dynamisch afstembare LC-architecturen te overbruggen met hun diverse toepassingen in Soft Mattonics.

In dit artikel worden de basisdefinities, fysische eigenschappen, manipulatieschema's en dynamische beheersbaarheid van typische thermotrope LC's en biogebaseerde lyotrope LC's in detail beschreven, waaronder nematische fase-LC's, smectische fase-LC's, cholesterische fase-LC's, blauwe fase-LC's en cellulosen.

Microstructuren overbruggen de inherente eigenschappen van nanomateriaal en de belangrijke functionaliteiten, en spelen een belangrijke rol bij de ontwikkeling van ideale LC-gebaseerde optica en fotonica. Om LC-microstructuren te controleren, bevindt zich aan het ene uiteinde van het spectrum de creatie. Dit kan worden bereikt door een "top-down" fabricagetechniek te combineren met een "bottom-up" zelfassemblageproces van LC's.

Substraten met 3D-topografische oppervlaktepatronen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om geordende topologische defectarrays te genereren; de 2D-foto-uitgelijnde laag activeert een flexibele constructie van 3D LC-superstructuren. Aan de andere kant van het spectrum bevindt zich de uitgebreide afstembaarheid van LC-architecturen. Er zijn veel inspanningen geleverd op dit gebied om de LC-structuren dynamisch te manipuleren door warmte, elektriciteit, licht, spanning en magnetische velden te introduceren.

Met het gepresenteerde werk gaven Lu en collega's een overzicht van op LC gebaseerde apparaten in het snelgroeiende gebied van Soft Mattonics, waaronder slimme displays, optische beeldvorming, lichtveldmodulatie-apparaten, zachte actuatoren en slimme vensters. Het brengt aantrekkelijke, afstembare, efficiënte en meerdere functionaliteiten/prestaties naar de op zachte materie gebaseerde optische platforms. Deze wetenschappers benadrukten ook zowel de uitdagingen als kansen van deze materialen voor de fotonica van zachte materie:

1. Grootschalige productie en verwerking;
2. Geoptimaliseerde "structuur-eigenschap-functie"-relaties bereiken;
3. LC's combineren met andere zachte materialen;
4. Naadloze integratie van zachte materialen met bestaande optische componenten;
5. LC's integreren met geavanceerde elektronische en robotsystemen;
6. Nieuw ontdekte LC-fasen.

Verdere verkenning van dit onderwerp zou niet alleen de kennis van Soft Mattonics verbreden, maar ook multidisciplinair onderzoek van specialisten uit verschillende disciplines aanmoedigen en diverse zachte en slimme fotonische toepassingen bevorderen. + Verder verkennen

De fasestabiliteit van zachte materie voorspellen