实验二基片表面处理对液晶分子取向及织构的影响实验

实验一、液晶取向与TN模式判断实验目的1、了解液晶技术行业中用于制备液晶盒的导电玻璃（ITO）表面的各种取向技术；2、掌握液晶显示器件中导电玻璃基片表面的取向技术，比较不同表面处理技术对液晶排列的影响；了解不同的取向技术对向列型液晶和胆甾型液晶在液晶盒中排列的影响定性认识。

实验原理液晶显示器制造工艺中，取向是一个关键工艺。

液晶盒内基片表面直接与液晶接触的一薄层材料被称之为取向层，它的作用是使液晶分子按一定的方向和角度排列，这个取向层对于液晶显示器来说是必不可少的，而且直接影响显示性能的优劣。

液晶显示器所用的取向材料及取向处理方法有多种，如摩擦法、斜蒸SiO2方法等等。

摩擦法是沿一定的方向摩擦玻璃基片，或是摩擦涂覆在玻璃基片表面的无机物或有机物覆盖膜，再进行摩擦，以使液晶分子沿摩擦方向排列，这样可以获得较好的取向效果。

无机膜一般为SiO2,MgO和MgF2等，需要用硬度较大的物质进行摩擦。

有机膜一般为表面活性剂、硅烷耦合剂、聚酰亚胺树脂等。

最常用的是在玻璃表面涂覆一层有机高分子薄膜，再用绒布类材料高速摩擦法来实现取向。

其中聚酰亚胺树脂具有突出的优点，不仅涂布方便，对液晶分子有良好的取向效果，而且还具有强度高、耐腐蚀、致密性好等优点，因此，目前在液晶显示器制造业中广泛用作取向材料。

聚酰亚胺（简称PI）PI膜有很好的化学稳定性，优良的机械性能、高绝缘性、耐高温、高介电强度、耐辐射、和不可燃。

聚酰亚胺优异的性能是由其结构决定的。

它通过二酐与二胺在低温下聚合反应合成，生成聚酰亚胺膜，是用浸泡、旋涂、或印刷的方法，将PI溶液涂覆在玻璃表面，经高温固化后制得。

1.要得到性能优良的PI膜，固化反应必须进行完全。

工业上广泛使用的聚酰亚胺(ＰＩ)在摩擦取向处理条件下诱导液晶分子的取向,但是在工业中用的聚酰亚胺稀释后在ITO表面旋涂一层薄薄的溶液后，需在250℃下烘烤5小时，然后在此表面摩擦处理。

然后用粘贴长纤维布高速旋转的金属辊,让真空吸附在样品台上的基板触着布辊匀速平移通过,获得定向摩擦，如图1-1所示。

液晶分子取向及其应用研究液晶是一种特殊的物质，具有流动性质却又具有一定的有序性。

液晶分子的取向对于液晶显示器等应用具有重要意义。

本文将介绍液晶分子取向的原理和其在应用中的研究进展。

一、液晶分子取向的原理液晶分子取向是指在液晶体系中，液晶分子呈现不同的排列方式。

液晶分子的排列方式受到多种因素的影响，其中最重要的因素是界面上的各种相互作用。

复杂的相互作用使得液晶分子具有多种取向方式。

常见的液晶分子取向方式有十二种，包括各向同性（isotropic）、垂直（vertical）、平行（parallel）、45°取向等。

其中最常见的液晶分子取向方式是所谓的“垂直取向”。

在液晶分子中，通常存在一个最稳定的取向方式，也就是使能量最低的排列方式。

而液晶分子与固体表面之间的相互作用则会影响分子的取向。

表面上的分子排列方式能够影响固液界面的能量，从而影响分子的取向。

二、液晶分子取向的影响因素液晶分子的取向方式及其在液晶显示器等应用中的表现取决于多个因素，包括分子的结构、液晶分子与基板之间的相互作用、温度等。

下面将对这些因素进行简单介绍。

1.分子的结构分子的结构对于液晶分子取向具有重要意义。

液晶分子通常具有长形分子结构，其中极性各异的端部朝向不同的方向，使得分子在不同的取向状态下能够呈现不同的极性。

2.液晶分子与基板之间的相互作用液晶分子与基板之间的相互作用是影响分子取向的重要因素。

当液晶分子与基板之间的吸附力比分子之间的相互引力大时，液晶分子会向基板方向取向。

而当两种相互作用力相当时，分子会呈现45°取向。

3.温度温度也是影响液晶分子取向的重要因素。

在高温下，液晶分子通常呈现isotropic形态，即无法被取向。

而当温度降低至一定范围时，液晶分子便会逐渐呈现有序排列，并显示出液晶结构。

三、液晶分子取向在应用中的研究进展液晶分子取向在液晶显示器等应用领域具有重要作用。

近年来，人们在这方面的研究不断取得了新的进展。

材料表面处理技术在液晶显示器中的应用材料表面处理技术是指通过化学、物理、机械等手段对材料表面进行处理，以改变其表面性质和结构，从而达到改善材料性能的目的。

液晶显示器作为一种高新技术产品，对材料表面处理技术的要求也非常高。

本文将深入探讨材料表面处理技术在液晶显示器中的应用。

一、液晶显示器的组成及保护层液晶显示器是由上下两块玻璃基板组成的，在两个玻璃基板之间填充液晶材料制成。

液晶分子在电场的作用下对光的旋转使得光可以通过旋转来控制开合，达到显示的效果。

而为了保护液晶分子和电路板在使用过程中不受外部环境的损伤，需要在玻璃基板上添加保护层。

保护层的要求很高，它要具备以下几个特性：第一是高度透明性，以保证光线的穿透和显示质量；第二是具有抗刮擦性，保护层应该具有一定的硬度，不易刮花或损伤；第三是具有防反射、抗污染等特性，保护层应该抵抗外部环境对液晶显示器的侵蚀。

而这些要求都是通过材料表面处理技术来实现的。

二、材料表面处理技术在保护层制备中的应用材料表面处理技术主要包括表面涂层、离子注入、化学气相沉积等。

而在保护层制备中，最常见的技术是表面涂层技术。

表面涂层技术又分为溶液法和气相沉积法两种。

1.溶液法技术溶液法技术是一种加工简便，成本低廉的技术，同时还有很好的透明度和抗刮擦性能。

这种技术广泛应用于车载显示、平板电视等领域。

在制备液晶显示器的保护层过程中，首先要选用高质量纯净的溶液，然后将溶液涂在玻璃基板的表面上，经过干燥烘焙处理，形成厚度约为几微米的保护层。

2.气相沉积法技术气相沉积法技术是利用化学反应将液体或气体形态的物质化为固体，沉积在基板上，形成薄膜层。

这种技术具有较高的沉积速度和沉积均匀性，但需要高温加热和真空环境的条件，因此成本较高。

而在液晶显示器的保护层制备中，气相沉积法技术应用于钢化玻璃的制备，这种玻璃具有更高的硬度、防弹性和抗温度变化性能，因此成为液晶显示器使用的理想保护层材料。

三、其他材料表面处理技术在液晶显示器中的应用除了表面涂层和气相沉积技术外，还有一些其他的材料表面处理技术也被广泛应用于液晶显示器中。

盘状液晶取向研究及其在光电器件中的应用的开题报告一、研究背景：随着信息技术的飞速发展，显示器等光电器件已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。

在这些光电器件中，液晶显示器因其色彩鲜艳、清晰度高等特点而备受青睐。

而液晶取向则是决定液晶显示器性能的重要因素之一。

现有的液晶取向方法包括摩擦取向、光刻取向、刮痕取向等，这些方法在实际应用中存在一定的不足。

盘状液晶取向是一种基于表面处理的方法，可以实现液晶分子的自组装，使得液晶分子的方向趋于垂直于表面。

与传统的液晶取向方法相比，盘状液晶取向具有以下优势：无需进行复杂的光刻、刮痕等处理；可以实现高精度、高可重复性的取向效果；适用于大面积液晶器件制备等。

目前，盘状液晶取向已被应用于各种光电器件的制备中，如液晶显示器、光伏电池、光电器件等。

然而，对于盘状液晶取向的研究还存在许多问题，例如盘状液晶取向的机理、其取向性能的影响因素等，这些问题需要深入研究。

二、研究内容：本研究的主要内容为盘状液晶取向研究及其在光电器件中的应用。

具体包括：1. 盘状液晶取向原理：对盘状液晶取向的机理进行探究，分析其取向效果与表面处理参数、盘状液晶结构参数等因素之间的关系。

2. 盘状液晶取向技术：根据盘状液晶取向的原理设计合适的表面处理方法，并实验验证其取向效果。

3. 盘状液晶取向在光电器件中的应用：利用盘状液晶取向技术制备液晶显示器、光伏电池等光电器件，并测试其性能，比较其与传统液晶取向方法制备的光电器件的性能。

4. 盘状液晶取向的优化：根据实验结果对盘状液晶取向的技术参数进行优化，提高其取向效果及制备的光电器件性能。

三、研究目标：本研究的主要目标如下：1. 深入探究盘状液晶取向技术的机理，建立盘状液晶取向的物理模型。

2. 设计一种高效、可重复性高的盘状液晶取向技术，并验证其取向效果。

3. 利用盘状液晶取向技术制备液晶显示器、光伏电池等光电器件，并测试其性能。

4. 对盘状液晶取向的技术参数进行优化，提高其取向效果及制备的光电器件性能。

液晶实验中的分子过程与电场调控技巧导言：现代科技的快速发展，让我们身边的产品和科学研究越来越离不开液晶材料。

液晶是一种特殊的物质，由于其分子排列的有序性和可调控性，在显示技术、光学器件以及生物医学领域都得到了广泛应用。

本文将带您一起探索液晶实验中的分子过程和电场调控技巧。

一、液晶的分子过程液晶是一种介于液体和固体之间的物质状态。

液晶分子在不同的温度和压力下呈现出不同的排列形态，其中最常见的液晶相态包括向列型和扭曲向列型。

液晶分子的排列状态决定了光的透过性和色彩的变化。

液晶材料中的分子过程主要由分子拓扑结构和分子之间的相互作用力所决定。

在正常状态下，液晶分子呈现出有序的排列形态，可以形成一种有机整齐的平行层状结构。

当受到温度或外界电场的影响时，液晶分子的有序性会发生改变，从而引起液晶材料的相变。

二、电场调控液晶的技巧1. 电场对液晶分子排列的调控电场是一种常用的调控液晶分子排列的手段。

通过在液晶材料周围施加电场，可以改变液晶分子的排列方向和结构。

一种常见的技术是电场效应液晶（Electro-optic Liquid Crystal），即利用电场来改变液晶分子的排列，从而实现液晶器件的功能性调控。

在电场效应液晶中，电场作用在液晶分子上会改变其取向，进而改变透光率和光学性能。

2. 电场对液晶相变的影响除了调控液晶分子的排列方式外，电场还可以影响液晶的相变行为。

在一定强度的电场作用下，液晶相变可以被加速或抑制。

例如，在某些液晶电视中，可以通过调控电场的强弱和方向来实现液晶的快速相变，从而实现图像的刷新和显示。

这种技术被广泛应用于显示器和其他光电器件中。

3. 电场调控液晶中的纳米颗粒最近的研究发现，通过在液晶材料中引入纳米颗粒，并利用电场来调控颗粒的自组织行为，可以实现液晶分子的高度有序排列，并展现出极好的光学性能。

这种技术在柔性显示和新型光电器件领域具有广阔的应用前景。

通过微观调控和精准控制电场的强度和方向，可以实现液晶分子和纳米颗粒的组装，从而实现更高效的能量转换和信息传输。

液晶高分子表面处理及其性能随着科技的不断发展，新材料的出现和研究也越来越受到人们的关注。

其中液晶高分子材料在现代材料科学领域中发挥着重要的作用。

液晶高分子材料是一种将液晶分子引入高分子材料中，使其具有液晶特性的材料。

由于其独特的物理和化学性质，使它成为了许多领域的研究热点。

其中表面处理是液晶高分子材料研究中非常重要的一环，可以显著提高材料的性能和应用范围。

本文将介绍液晶高分子表面处理及其对性能的影响。

一、液晶高分子表面处理的方法液晶高分子表面处理的方法主要包括：物理方法和化学方法。

1.物理方法物理方法主要包括电子束辐照、等离子体处理、激光辐照等。

其中，电子束辐照具有较强的穿透性和渗透性，可以让电子束穿透到材料内部进行控制，从而提高材料的相与相间交互作用。

等离子体处理主要包括射频等离子体、微波等离子体和直流等离子体。

不同等离子体的能量和功率不同，可以对材料表面进行不同深度的处理。

激光辐照可以在液晶高分子材料表面形成微小凸起，提高表面粗糙度，从而改变其性质。

2.化学方法化学方法主要包括化学氧化、表面聚合、表面修饰等。

化学氧化可以引入大量羧基和羟基，增加表面亲水性。

表面聚合可以在表面上引入单体并进行反应，在表面上引入新的功能基团，从而改变其表面性质。

表面修饰可以引入磷酸基、胺基等，可以提高表面的生物相容性和化学稳定性。

二、表面处理对液晶高分子材料性能的影响1.表面亲疏性表面处理可以改变液晶高分子材料表面性质，其中表面亲疏性是其中一个最突出的影响因素。

通常表面处理会增加材料表面亲水性，使材料表面性能更加稳定可靠。

2.耐高温性表面处理对液晶高分子材料的耐高温性也有着显著的影响。

处理后的表面具有更强的耐高温性，使得其在高温环境下能够保持较好的物理性能，增加材料的使用寿命。

3.电学性能表面处理后的液晶高分子材料还可以改变其电学性能。

例如，在表面聚合磁性颗粒的过程中，可以形成一种磁性液晶高分子材料，具有优异的电学性能和磁学性质，适用于各种电子器件和技术。

物理实验技术中的液晶光学实验方法介绍液晶光学实验方法介绍液晶材料是一种具有特殊结构和性质的材料，广泛应用于液晶显示器、液晶电视等领域。

而液晶光学实验作为研究和应用液晶材料的必要手段，对于深入理解和掌握液晶的性质和特点非常重要。

本文将介绍一些常见的液晶光学实验方法。

一、偏振光实验偏振光实验是液晶光学实验中最基础也是最常见的一种实验方法，通过对偏振光的分析和观察，可以揭示液晶材料的偏光特性和光学行为。

常见的偏振光实验有偏振片实验和偏振显微镜实验。

1. 偏振片实验偏振片实验可以用来观察液晶样品对不同偏振方向的光的透过性。

将一个偏振片放在光源前，产生一束线偏振光，然后将液晶样品放在通过光路上，再通过另一个偏振片进行观察。

当两片偏振片之间的偏振方向平行时，液晶样品透过的光强较大；而当两片偏振片之间的偏振方向垂直时，液晶样品几乎不能透过光。

这个实验可以帮助我们判断液晶样品的偏振行为和光学特性。

2. 偏振显微镜实验偏振显微镜实验是一种观察液晶样品结构和性质的重要方法。

通过偏振显微镜可以观察到液晶样品的偏振光显微图像。

偏振光显微镜结构简单，由一个偏振器和一个分析器组成，分别放在光源和显微镜物镜之间。

通过透过和旋转偏振片，可以观察到液晶样品的各种偏振图像现象，如偏振片干涉色、偏光旋转等。

这些现象有助于我们了解液晶的分子排列结构和光学性质。

二、双折射实验液晶材料具有双折射现象，即在液晶中经过一束光会分成两束光线。

双折射实验可以用来测量液晶样品的折射率以及双折射现象的性质和特点。

1. 双折射角度实验双折射角度实验可以用来测量液晶样品的双折射角度，以及判断液晶样品的双折射类型。

实验中，通过将液晶样品放在测角仪上，利用平行光束入射，通过调整角度观察到两束光线的干涉现象，可以测量液晶样品的双折射角度。

2. 双折射干涉实验双折射干涉实验可以用来观察和研究液晶样品的双折射干涉现象。

通过使用干涉仪和液晶样品，可以观察到双折射现象带来的干涉条纹和图像。

表面技术第52卷第11期金属双极板表面改性碳基涂层研究进展赵蒙，周晖*，贵宾华，汪科良（兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000）摘要：首先对比了贵金属涂层、氮化物涂层、碳基涂层的性能优劣，重点阐述了碳基涂层改性技术的最新研究进展。

然后，以碳基涂层的设计及制备2个维度为研究切入点进行阐述。

在膜系设计方面，着重分析了膜系设计和元素掺杂对碳基涂层的性能影响；在制备方面，分析了偏压、沉积时间和气体流量等对碳基涂层的化学组分、微观结构的调控作用。

最后，总结了当前碳基涂层改性双极板存在的问题，主要为涂层运行寿命不足，无法达到服役标准；测试条件不统一，且模拟环境与电堆实际工况差距较大；涂层长时间服役后的失效机制不明确。

同时，对金属双极板改性碳基涂层的进一步发展方向做出了展望。

关键词：质子交换膜电池；双极板；碳基涂层；PVD；耐腐蚀性能；导电性能中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0182-18DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.014Research Progress of Surface Modified Carbon-basedCoatings for Metal Bipolar PlateZHAO Meng, ZHOU Hui*, GUI Bin-hua, WANG Ke-liang(Key Laboratory of Vacuum Technology and Physics, Lanzhou Institute of Physics, CAST, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: With the increasingly serious problems of energy and environmental pollution, the development of clean energy has become a hot issue. Proton exchange membrane fuel cell has become one of the most promising development directions in this field because of its zero emission, low operating temperature and high energy conversion efficiency. As the core component of proton exchange membrane fuel cell, bipolar plate accounts for 20% -30% of the total manufacturing cost. Its service performance and manufacturing cost have become the key factors restricting the development of fuel cell. The bipolar plate is ina high temperature and acidic corrosion environment for a long time, and has the functions of conductivity, thermal conductivity,distribution of reaction gas and drainage. Therefore, the bipolar plate requires good corrosion resistance, conductivity, hydrophobicity and durability. Although the metal bipolar plate has the advantages of easy processing and low production cost, it is difficult to avoid corrosion in an acidic environment, resulting in a decrease in fuel cell performance and service life.High-performance corrosion-resistant conductive coatings are deposited on the surface of metal bipolar plates with high machinability and low manufacturing cost by surface modification technology, which can significantly improve the service performance of metal bipolar plates. It has become one of the hotspots in the research field of fuel cell bipolar plates in recent years. On the basis of comparing the advantages and disadvantages of three typical metal bipolar plate modified coatings, such收稿日期：2022-10-19；修订日期：2023-02-20Received：2022-10-19；Revised：2023-02-20基金项目：甘肃省青年科技基金资助项目（22JR5RA786）Fund：Youth Science and Technology Fund of Gansu Province (22JR5RA786)引文格式：赵蒙, 周晖, 贵宾华, 等. 金属双极板表面改性碳基涂层研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 182-199.ZHAO Meng, ZHOU Hui, GUI Bin-hua, et al. Research Progress of Surface Modified Carbon-based Coatings for Metal Bipolar Plate[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 182-199.*通信作者（Corresponding author）第52卷第11期赵蒙，等：金属双极板表面改性碳基涂层研究进展·183·as precious metal coating, nitride coating and carbon-based coating, the work points out the development bottleneck of high production cost of precious metal coating and insufficient durability and conductivity of nitride coating. Carbon-based coating was selected as the focus of this work, and the latest research progress of carbon-based coating modified metal bipolar plate material system was expounded. In this work, the key points in the design and preparation of carbon-based coatings were taken as the starting point. The effects of film design, element doping and key process parameters in the preparation technology of carbon-based coatings by PVD technology on the chemical composition, microstructure growth and macroscopic service performance of carbon-based coatings were analyzed, including the inhibition effect of multilayer structure on the growth of coated columnar crystals. The method of doping other elements was used to refine the grain, improve the adhesion between the coating and the substrate, and reduce the internal stress. The effect mechanism of element doping on the properties of carbon-based coatings was studied by theoretical calculation and experiment. The effect of important parameters such as bias voltage, deposition time and gas flow rate on the preparation of carbon-based coatings was investigated. The failure mechanisms of several carbon-based coatings were discussed. The key technical problems to be solved, such as the insufficient service life of most coatings, the inability to meet the service standard of 5 000 hours, the inconsistency of test conditions, and the large gap between the simulated environment and the actual working conditions of the stack, were summarized. At the same time, the further development direction of metal bipolar plate modified carbon-based coatings was also prospected.KEY WORDS: proton exchange membrane fuel cells; bipolar plates; carbon-based coating; PVD; corrosion resistance;conductivity能源是支撑人类社会运行与发展的基本要素，传统化石能源大规模利用产生的各类环境问题已受到全球关注。

液晶物性实验报告【摘要】本实验主要是对液晶的各向异性、旋光性、电光效应等物理性质进行研究。

通过对液晶盒的扭曲角、电光响应曲线和响应时间的测量，以及对液晶光栅的观测和分析，测得液晶盒的扭曲角为108°，液晶的线偏振度周期约为90°，测得可通过增大间歇频率，减小液晶的响应时间，还用白光光源观察了衍射特性，测得光栅常数m a 61093.5-⨯=。

【关键词】液晶 光学特性 旋光度 光电效应 衍射 各向异性一、引言19世纪末奥地利植物学家莱尼兹尔在测定有机化合物熔点时发现了液晶。

液晶（Liquid Crystal 简称LC ）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。

近十年来液晶科学获得了许多重要的发展，使得液晶得到极为广泛的应用，为当代新兴的液晶工业体系奠定了基础，同时亦促进了液晶的基础理论研究。

本实验主要是对液晶的各向异性、旋光性、电光效应等物理性质进行研究。

二、实验原理（一）、液晶的基础物理性质1、液晶的介电各向异性液晶的各项异性是决定液晶分子在电场中行为的主要参数。

当外电场平行于或者垂直于分子长轴时，分子极化率不同。

当一个任意取向的分子被外电场极化时，各方向上的极化率不同，造成分子感生电极矩的方向和外电场的方向不同，从而使分子发生转动。

旋转将引起类似于弹性恢复力造成的反方向力矩，使得分子在转动一个角度后不再转动。

因此产生电场对液晶分子的取向作用。

2、杆形液晶分子的排列方式：由杆形分子形成的液晶，其液晶相可根据分子排列的平移和取向有序性分为三类：近晶相、向列相和胆甾相。

图1 液晶分子的三种不同排列方式3、液晶的光学各向异性光在液晶中传播会产生寻常光（o光）与非寻常光（e光），表现出光学的各项异性。

所以液晶的光学性质也要通过两个主折射率n_''、n_⊥描述。

由于n_''和n_⊥不同，o光与e光在液晶中传播时产生相位差，使得出射光的偏振态发生变化。