Um cristal líquido de alta birrefringência para lentes com grande abertura

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14603 (2022) Cite este artigo

2083 acessos

4 Citações

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 29 de setembro de 2022

Este artigo foi atualizado

Este trabalho apresenta a aplicação de uma mistura experimental de cristal líquido (LC) nemático (1929) em uma lente de grande abertura. O material LC é composto por compostos derivados de terfenil e bifenil com um grupo terminal isotiocianato e substituintes laterais fluorados. A substituição por um grupo isotiocianato fortemente polar e um núcleo rígido aromático fornece acoplamento \(\pi\)-elétron, proporcionando alta birrefringência (\(\Delta n = 0,3375\) a 636 nm e 23 °C) e baixa viscosidade (\ (\eta\) = 17,03 mPa s). Além disso, também apresenta altos valores de birrefringência no infravermelho próximo (0,318 a 1550 nm). O processo de síntese é simples ao comparar materiais com altas temperaturas de fusão. As excelentes propriedades desta mistura LC são demonstradas em uma lente LC-ajustável de grande abertura baseada em uma estrutura de eletrodo de transmissão. Graças às características particulares desta mistura, a potência óptica é elevada. A alta birrefringência torna este LC de interesse específico para lentes e moduladores de fase óptica e dispositivos, tanto nas regiões do visível quanto do infravermelho.

Cristais líquidos (LCs) com birrefringência baixa/média (\(\Delta\)n = 0,09/0,12) ainda são usados ​​em aplicações de exibição1,2,3. Sua birrefringência é suficiente para grandes telas de TV e monitores de computador, em telas planas menores de telefones celulares, dispositivos automotivos e projetores4. Graças à geração de novas misturas LC e à redução da espessura do pixel (de 5 para 3 µm), os tempos de resposta foram reduzidos para alguns milissegundos. Apesar disso, os displays LC atuais requerem tempos de comutação inferiores a milissegundos, portanto, LCs altamente birrefringentes (\(\Delta n>0,3\)) são necessários. Outras aplicações que requerem essa propriedade são as frequências mais baixas do espectro eletromagnético (do infravermelho até THz e GHz), pois a mudança de fase óptica produzida pelo LC é diretamente proporcional à sua birrefringência e à frequência de trabalho. Por exemplo, eles têm sido propostos como meio ativo em metamateriais e metasuperfícies5,6, THz7,8,9, GHz10,11 e dispositivos infravermelhos12.

Na última década, o estudo de LCs comuns nessas faixas espectrais chamou a atenção, por exemplo, E7, BL037, MDA-98-1602, LCMS-107, GT3-23001 e 182513. Além disso, vários novos, misturas altamente birrefringentes, têm sido proposto. Para conseguir isso, as moléculas conjugadas linearmente são os candidatos preferidos. O comprimento da conjugação pode ser estendido por múltiplas ligações ou anéis insaturados no núcleo rígido14,15. Uma revisão abrangente pode ser encontrada em 4, onde LCs altamente birrefringentes com anisotropia dielétrica positiva são revisados. As propriedades mesogênicas e físico-químicas (viscosidade, birrefringência, índices de refração, anisotropia dielétrica e constantes elásticas) de compostos que são derivados de ciano, flúor e isotiocianato de bifenil, terfenil, quaterfenil, tolano, fenil tolano, fenil etinil tolano e bifenil tolano são comparados, com uma birrefringência variando entre 0,2–0,54.

O campo ainda é muito ativo e, mais recentemente, vários trabalhos foram relatados. Por exemplo, em 16, os autores sintetizaram 20 misturas LC, tanto bistolanos simétricos quanto não simétricos com alquil terminal, alcóxi e cadeia alquilsulfanil e grupo metil ou etil lateral. Os compostos com fase nemática em ampla faixa de temperatura apresentaram alto valor de birrefringência (> 0,4). Valores semelhantes também foram mostrados com base em compostos à base de tieno[3,2-b]tiofeno17, tieno[3,2-b]tiofeno com a – C \(\equiv\) C – ligação tripla (0,40–0,48)18 , e compostos mesogênicos terminados em benzoxazol com substituinte flúor em diferentes posições (0,45)19. Valores mais elevados (0,66) também foram demonstrados em compostos LC com grupos isotiocianato e naftil. Os pontos de fusão e os valores de entalpia desses compostos LC foram superiores aos dos compostos correspondentes com o grupo fenil20. Finalmente, a ultra-alta birrefringência foi demonstrada em alguns compostos de isotiocianato bifenilbistolano (0,7–0,8)14.