科学家用液晶弹性材料制备先进传感器
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你能想象液晶的弹性体吗?你能想象液晶弹性体作为先进传感器吗?肯特州立大学的Peter Palffy-Muhoray博士带你认识他们首次开发出来的不可思议的液晶弹性体。
液晶弹性体(LCEs)本质上来讲就是具备液晶性能的橡胶，利用它可以做很多不可思议的事情，尤其是在光学、光电子学、通信行业以及药学领域。当遇到光，热，气或者其他刺激因素时，它们可以卷起，弯曲，扭转，起皱或者伸展。因为这种敏感的响应，使它们可以非常理想地应用于人造肌肉，血管，制动器，传感器，塑料马达和药物载体系统。它们甚至可以被用于作为可机械调谐的无反射镜激光橡胶。
肯特州立大学文理学院的Peter Palffy-Muhoray博士，同时也是Glenn H. Brown液晶研究所的副主任以及化学物理学的教授，他已经和世界各地的专家就液晶弹性体领域进行了多年的合作研究。最近他和他的研究生助理Andrii Varanytsia以及来自日本京都科技研究所的研究生助理Kenji Urayama和Hama Nagai首次开发出了胆甾型液晶橡胶。当这种橡胶伸展时，可以在无反射镜的条件下精确发出激光。
激光有一个特征频率，就像吉他的弦有固定的长度一样。空腔里的发光材料放大光波，发射出一种特定的频率，就像一些乐器发出纯正的音调。
早在2001年，Palffy-Muhoray博士和Bahman Taheri博士以及其他几个同事们首次证明了他们可以在不需要任何外部反射镜的情况下，用液晶材料在材料内部反复反射激光，然而激光发射的频率还不能精确地控制。
他们近期由美国国家科学基金委和日本科学促进协会赞助的研究项目已经发表在Nature上，标题为“可精确测定应变的胆甾型液晶橡胶发射可调谐激光”。
“我们利用了解到的信息作为基础，并把它们推广到应用中，比如利用光纤从远端获得信息的传感器，再比如可调谐的光源，不过可调谐光源比较难制得”Palffy-Muhoray 说道。
传感器可用于测量应变(这是一种微小的长度变化)，或是应力(某一微区上单位面积的力)。
“原则上来讲，它可以被放在鞋子里测量糖尿病患者脚的剪切应力，也可以用于光纤。当一个脉冲通过纤维时，从激光发射器里返回的光的颜色可以携带应变的信息”Palffy-Muhoray说道，“同样地，也可以利用激光通过光纤测量应力，应变，温度和化学成分来实现对远程设备的监控。”
液晶可以作为分布腔的核心和活性介质。简单的光抽运导致了低阈值和在能带边缘产生无反射的激光。我们可以通过改变温度，提供力场或者引入杂质来调控液晶分子的取向，从而改变液晶弹性体的形状。
“我们会在这个领域继续努力，去开发在可调谐损失方面表现更出色的新型材料，”Palffy-Muhoray说道，“如今科学家们都在找寻一种对光和物质之间相互作用的更好的理解，工程师们也在规划未来的光电器件，他们将受益于我们的研究成果。然而不久的将来，全社会可能都将受益。在1970年以前，液晶的研究主要由于科学家的好奇而不断发展。向列型液晶的发现和由肯特州立大学液晶研究所发明的液晶显示器改变了显示技术，使全世界人民受益。”
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