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CN106537234A - 高度可调节的磁性液晶 - Google Patents

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CN106537234A
CN106537234A CN201580027575.5A CN201580027575A CN106537234A CN 106537234 A CN106537234 A CN 106537234A CN 201580027575 A CN201580027575 A CN 201580027575A CN 106537234 A CN106537234 A CN 106537234A
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CN
China
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nanostructured
liquid crystal
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magnetic
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Application number
CN201580027575.5A
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Inventor
殷亚东
汪明晟
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University of California San Diego UCSD
Original Assignee
University of California San Diego UCSD
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Publication date
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Abstract

在各种实施方式中，提供了磁性致动液晶及其制造方法、使用液晶的方法和结合液晶的装置。在一个非限制性实施方式中，液晶包括Fe3O4纳米棒，其中，纳米棒被涂布有二氧化硅涂层。

Description

高度可调节的磁性液晶
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年4月7日提交的USSN 61/976,364的益处和优先权，为了所有目的通过引用将其完全结合于此。
政府支持的声明
该工作由美国国家科学基金会的Grant No DNR00956081支持。政府具有本发明中的特定权利。
背景技术
磁性响应液晶(LC)的开发具有根本重要性和实践重要性两者，这是因为其不仅表示允许随着外部场改变探究简单样本中的相复杂性的冷凝物质中的理想系统，还打开了朝向从磁性交互的即时性质和无接触性质受益的各种应用的通路。
常规液晶(LC)对磁场几乎不敏感。受它们的成分的低磁化率限制，关于先前液晶的大多数研究仅聚焦于LC在磁场下的相行为。相信用于实际应用(诸如光学切换)的磁性可调节液晶的使用从未被论证。
发明内容
在各种实施方式中，提供了磁性致动液晶以及制作磁性致动液晶的方法、使用磁性致动液晶的方法(例如，在光学切换应用、显示器、防伪装置等中)、使成分在液晶中的取向固定并且在固定液晶中产生偏振图案的方法、以及包括磁性致动液晶的装置。在特定实施方式中，液晶包括磁性各向异性纳米结构(例如，纳米棒)，对所述磁性各向异性纳米结构进行改性(modify)以用于分散(如果必须)，例如，涂布聚合物或二氧化硅层。在特定实施方式中，纳米结构涂布有一层二氧化硅。
在一个示例性但非限制性实施方式中，提供了包括Fe3O4纳米棒的液晶，其中，纳米棒涂布有二氧化硅涂层。在特定实施方式中，纳米棒被提供为悬浮液(suspension)和/或分散液(dispersion)。
这里预期的各种实施方式可以包括但不必限于以下中的一个或更多个。
实施方式1：一种液晶，所述液晶包括：磁性各向异性纳米结构的悬浮液/分散液。
实施方式2：根据实施方式1所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构包括从由铁磁材料、铁磁材料和超顺磁材料组成的组中选择的材料。
实施方式3：根据实施方式1至2中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构包括从由金属铁、金属钴、金属镍、金属钆、金属镝、含铁的合金、含钴的合金、含镍的合金、含钆的合金、含镝的合金、铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、镁的氧化物、铕的氧化物和铬的氧化物组成的组中选择的材料。
实施方式4：根据实施方式2所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构包括Fe3O4。
实施方式5：根据实施方式1至4中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构包括从由纳米棒、纳米片、纳米管和纳米盘组成的组中选择的各向异性纳米结构。
实施方式6：根据实施方式1至4中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构包括纳米棒。
实施方式7：根据实施方式1至6中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的长轴的平均长度的范围为从大约20nm直到大约10μm。
实施方式8：根据实施方式7所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约50nm直到大约10μm、或从大约100nm直到大约5μm。
实施方式9：根据实施方式7所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约20nm、或从大约50nm、或从大约100nm、或从大约200nm、或从大约300nm、或从大约400nm、或从大约500nm直到大约10μm、直到大约5μm、或直到大约4μm、或直到大约3μm、或直到大约2μm。
实施方式10：根据实施方式7所述的液晶，其中，所述结构的所述长轴的所述平均长度是大约1.5μm。
实施方式11：根据实施方式1至10中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm直到大约1μm、或从大约100nm直到大约500nm、或从大约100nm直到大约300nm。
实施方式12：根据实施方式1至10中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm或从大约5nm、或从大约10nm、或从大约20nm、或从大约30nm、或从大约40nm、或从大约50nm、或从大约60nm、或从大约70nm、或从大约80nm、或从大约90nm、或从大约100nm直到大约1μm、或直到大约800nm、或直到大约500nm、或直到大约400nm、或直到大约300nm。
实施方式13：根据实施方式1至10中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度是大约200nm。
实施方式14：根据实施方式1至13中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述长度与所述短轴的所述长度的比率是至少大约1.1或至少大约1.2、或至少大约1.3、或至少大约1.5、或至少大约2、或至少大约3、或至少大约4、或至少大约5、或至少大约6、或至少大约7、或至少大约8、或至少大约9、或至少大约10、或至少大约11、或至少大约12、或至少大约13、或至少大约14、或至少大约15、或至少大约16、或至少大约17、或至少大约18、或至少大约19、或至少大约20。
实施方式15：根据实施方式1至14中的任一项所述的液晶，其中，对所述纳米结构的所述表面进行改性，以确保在溶剂中的分散/悬浮。
实施方式16：根据实施方式15所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面用亲水基团官能化。
实施方式17：根据实施方式16所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面用从由羟基、羧基、巯基、羰基、氨基和磷酸盐组成的组中选择的基团官能化。
实施方式18：根据实施方式15所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面上具有聚合物层或二氧化硅层。
实施方式19：根据实施方式15所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面上具有二氧化硅层。
实施方式20：根据实施方式1至19中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在极性溶剂、非极性溶剂、或极性溶剂和非极性溶剂的混合物中。
实施方式21：根据实施方式26所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在极性溶剂中。
实施方式22：根据实施方式26所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括水的溶液中。
实施方式23：根据实施方式26所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括醇的溶液中。
实施方式24：根据实施方式23所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括醇的溶液中，所述醇选自由甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1丙醇、2-甲基-2-丙醇、乙二醇、甲二醇、丙二醇、甘油、苯甲醇、肉桂醇、二乙二醇、诱杀烯醇(grandisol)、环己醇和辛醇组成的组。
实施方式25：根据实施方式23所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括乙二醇的溶液中。
实施方式26：根据实施方式23所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在非极性溶剂中。
实施方式27：根据实施方式1至26中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的体积分率大于大约0.1％。
实施方式28：根据实施方式27所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的所述体积分率的范围为从大约0.1％直到大约70％。
实施方式29：根据实施方式27至28中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的所述体积分率大于大约0.5％、或大于大约1％、或大于大约3％、或大于大约4％、或大于大约3％、或大于大约5％、或大于大约6％、或大于大约7％、或大于大约8％、或大于大约9％、或大于大约10％、或大于大约11％、或大于大约12％、或大于大约13％、或大于大约14％、或大于大约15％、或大于大约16％、或大于大约17％、或大于大约18％、或大于大约19％、或大于大约20％。
实施方式30：根据实施方式1至26中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的所述体积分率是大约10％。
实施方式31：根据实施方式27至30中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液中的各向异性纳米结构的所述体积分率足以提供有序液晶相。
实施方式32：根据实施方式1至31中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构在具有小于大约1T的强度的磁场中重新取向。
实施方式33：根据实施方式32所述的液晶，其中，所述各向异性结构在具有一强度的磁场中重新取向，该强度小于大约800mT、或小于大约500mT、或小于大约400mT、或小于大约300mT、或小于大约200mT、或小于大约100mT、或小于大约50mT、或小于大约25mT、或小于大约10mT、或小于大约5mT、或小于大约1mT。
实施方式34：根据实施方式1至33中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构悬浮/分散在包含聚合物分子或预聚物分子的溶液中。
实施方式35：一种装置，所述装置包括：第一偏振层或膜，所述第一偏振层或膜被构造为充当偏振器；第二偏振层或膜；以及根据实施方式1至34中的任一项所述的液晶，所述液晶设置在所述第一偏振层或膜与所述第二偏振层或膜之间。
实施方式36：根据实施方式35所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜被构造为充当偏振器。
实施方式37：根据实施方式35至36中的任一项所述的装置，其中，所述第二偏振层或膜被构造为充当检偏器。
实施方式38：根据实施方式35至37中的任一项所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的偏振角与所述第二偏振层或膜的所述偏振角不同。
实施方式39：根据实施方式38所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的所述偏振角和所述第二偏振层或膜的所述角相差从大约0度至大约180度范围内的量。
实施方式40：根据实施方式39所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的所述偏振角和所述第二偏振层或膜的所述角相差大约45度。
实施方式41：根据实施方式39所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的所述偏振角和所述第二偏振层或膜的所述角相差大约90度。
实施方式42：根据实施方式35至41中的任一项所述的装置，其中，所述装置还包括反射层，所述反射层设置在所述第一偏振层或膜和所述第二偏振层或膜后面。
实施方式43：根据实施方式35至42中的任一项所述的装置，其中，所述装置是从由显示器、波导、致动器和光学调制器组成的组中选择的设备的组件。
实施方式44：一种光学切换方法，所述方法包括：使偏振后的光学信号穿过根据实施方式1至34中的任一项所述的液晶；以及将磁场施加至所述液晶，以改变所述液晶对所述光学信号的透射。
实施方式45：根据实施方式44所述的方法，其中，所述磁场以至少1Hz的频率被切换。
实施方式46：根据实施方式45所述的方法，其中，所述磁场以至少5Hz、或至少10Hz、或至少20Hz、或至少50Hz、或至少80Hz、或至少100Hz、或至少150Hz、或至少200Hz的频率被切换。
实施方式47：根据实施方式44至46中的任一项所述的方法，其中，所述方法使用根据实施方式35至43中的任一项所述的装置执行。
实施方式48：一种制造用作磁性液晶的磁性各向异性纳米结构的方法，所述方法包括：制备非磁性各向异性纳米结构；如果必须确保溶剂分散性，则对所述纳米结构的所述表面进行改性；以及将所述纳米结构转变为磁性各向异性纳米结构。
实施方式49：一种制造用作磁性液晶的磁性各向异性纳米结构的方法，所述方法包括：制备磁性各向异性纳米结构；以及如果必须确保溶剂分散性，则对所述纳米结构的所述表面进行改性。
实施方式50：根据实施方式49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由金属铁、金属钴、金属镍、金属钆、金属镝、含铁的合金、含钴的合金、含镍的合金、含钆的合金、含镝的合金、铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、镁的氧化物、铕的氧化物和铬的氧化物组成的组中选择的材料。
实施方式51：根据实施方式49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由Fe、Co、Ni、Mn、Gd、Dy、Eu、Cr、Zn、Cu、Mg、O、Si、Bi、Y、Sb组成的组中选择的材料。
实施方式52：根据实施方式49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由Fe、Co、Ni、Mn、Gd、Dy、Eu、Cr、Zn、Cu、Mg、O、Si、Bi、Y、Sb的化合物组成的组中选择的材料。
实施方式53：根据实施方式49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由Fe、Co、Ni、Mn、Gd、Dy、Eu、Cr、Zn、Cu、Mg、O、Si、Bi、Y、Sb的合金组成的组中选择的材料。
实施方式54：根据实施方式49所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构包括Fe3O4。
实施方式55：根据实施方式49至54中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由纳米棒、纳米片、纳米管和纳米盘组成的组中选择的各向异性纳米结构。
实施方式56：根据实施方式49至54中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构包括纳米棒。
实施方式57：根据实施方式49至56中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约20nm直到大约10μm。
实施方式58：根据实施方式57所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约50nm直到大约10μm、或从大约100nm直到大约5μm。
实施方式59：根据实施方式57所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约20nm、或从大约50nm、或从大约100nm、或从大约200nm、或从大约300nm、或从大约400nm、或从大约500nm直到大约10μm、直到大约5μm、或直到大约4μm、或直到大约3μm、或直到大约2μm。
实施方式60：根据实施方式57所述的方法，其中，所述结构的所述长轴的所述平均长度是大约1.5μm。
实施方式61：根据实施方式49至60中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm直到大约1μm、或从大约100nm直到大约500nm、或从大约100nm直到大约300nm。
实施方式62：根据实施方式49至60中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm或从大约5nm、或从大约10nm、或从大约20nm、或从大约30nm、或从大约40nm、或从大约50nm、或从大约60nm、或从大约70nm、或从大约80nm、或从大约90nm、或从大约100nm直到大约1μm、或直到大约800nm、或直到大约500nm、或直到大约400nm、或直到大约300nm。
实施方式63：根据实施方式49至60中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度是大约200nm。
实施方式64：根据实施方式49至63中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述长度与所述短轴的所述长度的比率是至少大约1.1或至少大约1.2、或至少大约1.3、或至少大约1.5、或至少大约2、或至少大约3、或至少大约4、或至少大约5、或至少大约6、或至少大约7、或至少大约8、或至少大约9、或至少大约10、或至少大约11、或至少大约12、或至少大约13、或至少大约14、或至少大约15、或至少大约16、或至少大约17、或至少大约18、或至少大约19、或大约至少20。
实施方式65：根据实施方式49至64中的任一项所述的方法，其中，所述制备包括：制备包括FeOOH纳米结构的纳米结构，所述FeOOH纳米结构包括FeCl3前体。
实施方式66：根据实施方式49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行改性包括：用表面活性剂对所述表面进行改性。
实施方式67：根据实施方式49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行改性包括：用亲水基团来官能化所述表面。
实施方式68：根据实施方式67所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用从由羟基、羧基、巯基、羰基、氨基和磷酸盐组成的所述组中选择的基团官能化所述表面。
实施方式69：根据实施方式49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用氧化物涂层来涂布所述表面。
实施方式70：根据实施方式69所述的方法，其中，所述氧化物涂层包括二氧化硅。
实施方式71：根据实施方式70所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：使所述纳米结构与硅醇盐反应。
实施方式72：根据实施方式71所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：使所述纳米结构与硅醇盐反应，所述硅醇盐选自由正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate，TEOS)和正硅酸甲酯(tetramethylorthosilicate，TMOS)组成的组。
实施方式73：根据实施方式49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用聚合物涂层来涂布所述表面。
实施方式74：根据实施方式48和50至73中的任一项所述的方法，其中，所述将改性后的所述纳米结构转变为磁性各向异性纳米结构包括：还原所述非磁性纳米结构。
实施方式75：根据实施方式48和50至73中的任一项所述的方法，其中，所述将改性后的所述纳米结构转变为磁性各向异性纳米结构包括：将所述纳米结构中的FeOOH还原成Fe3O4。
实施方式76：根据实施方式74至75中的任一项所述的方法，其中，所述还原使用从由二乙二醇、乙二醇、甘油、氢硼化物、联氨和氢组成的组中选择的材料来执行。
实施方式77：根据实施方式48至76中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：纯化和/或浓缩所述磁性各向异性纳米结构。
实施方式78：根据实施方式77所述的方法，其中，所述纯化和/或浓缩包括一个或更多个磁性分离步骤。
实施方式79：根据实施方式48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到大于大约0.1％的体积分率。
实施方式80：根据实施方式48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到范围为0.1％直到大约70％的体积分率。
实施方式81：根据实施方式48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到一体积分率，该体积分率大于大约0.5％、或大于大约1％、或大于大约3％、或大于大约4％、或大于大约3％、或大于大约5％、或大于大约6％、或大于大约7％、或大于大约8％、或大于大约9％、或大于大约10％、或大于大约11％、或大于大约12％、或大于大约13％、或大于大约14％、或大于大约15％、或大于大约16％、或大于大约17％、或大于大约18％、或大于大约19％、或大于大约20％。
实施方式82：根据实施方式48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到足以提供有序液晶相的体积分率。
实施方式83：根据实施方式48至82中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在极性溶剂、非极性溶剂、或极性溶剂和非极性溶剂的混合物中。
实施方式84：根据实施方式83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在极性溶剂中。
实施方式85：根据实施方式83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括水的溶液中。
实施方式86：根据实施方式83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括醇的溶液中。
实施方式87：根据实施方式86所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括醇的溶液中，该醇选自由甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1丙醇、2-甲基-2-丙醇、乙二醇、甲二醇、丙二醇、甘油、苯甲醇、肉桂醇、二乙二醇、诱杀烯醇、环己醇和辛醇组成的组。
实施方式88：根据实施方式86所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括乙二醇的溶液中。
实施方式89：根据实施方式83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在非极性溶剂中。
实施方式90：根据实施方式83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包含聚合物分子或预聚物分子的溶液中。
实施方式91：一种液晶，所述液晶包括根据实施方式48至90中的任一项所述的方法制造的涂布有二氧化硅的磁性各向异性纳米结构。
实施方式92：一种制作用一个或更多个光学偏振图案化的薄膜的方法，所述方法包括：提供基底，在所述基底上沉积包含如实施方式1至34中的任一项所述的各向异性磁性纳米结构的树脂；将磁场施加至所述树脂，以使在涂布有所述树脂的所述基底的所有或一个或更多个区域中的所述各向异性磁性纳米结构配向；以及固化/交联在涂布有所述树脂的所述基底的所有或一个或更多个区域中的所述树脂，以将所述各向异性磁性纳米结构固定在第一配向上，从而提供第一光学偏振。
实施方式93：根据实施方式92所述的方法，所述方法还包括：将磁场施加至所述基底的第二区域，以将所述第二区域中的各向异性磁性纳米结构配向在与所述第一配向不同的取向上；以及固化/交联所述第二区域中的所述树脂，以将在所述第二区域中配向的所述各向异性磁性纳米结构固定在第二配向，以提供第二光学偏振。
实施方式94：根据实施方式92至93中的任一项所述的方法，所述方法还包括：将磁场施加至所述基底的第三区域，以将所述第三区域中的所述各向异性磁性纳米结构配向在与所述第一配向和/或所述第二配向不同的取向上；以及固化/交联所述第三第二区域中的所述树脂，以将在所述第三区域中配向的所述纳米棒固定在第三配向，以提供第三光学偏振。
实施方式95：根据实施方式92至94中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：使一个或更多个区域中的所述树脂不固化/不交联，使得当将磁场施加至所述膜时，所述区域中的所述各向异性磁性纳米结构重新取向。
实施方式96：根据实施方式92至95中的任一项所述的方法，其中，所述树脂是UV固化树脂，并且通过将UV光施加至将被固化/交联的所述区域进行所述固化/交联。
实施方式97：根据实施方式96所述的方法，其中，所述树脂选自由双酚A-二缩水甘油醚二丙烯酸酯(bisphenol-A-diglycidyl-ether-diacrylate，BGEDA)、聚乙二醇二丙烯酸酯(polyethylene-glycol-diacrylate，PEGDA)、以及聚(二乙二醇碳酸酯)二丙烯酸酯(poly(diethylene-glycol-carbonate)diacrylate，PGCDA)组成的组。
实施方式98：根据实施方式92至95中的任一项所述的方法，其中，所述树脂是化学固化树脂，并且通过将所述固化催化剂施加至将被固化/交联的所述区域进行所述固化/交联。
实施方式99：根据实施方式98所述的方法，其中，所述催化剂被喷墨纳米打印在将被固化的所述区域上。
实施方式100：一种用一个或更多个光学偏振图案化的薄膜，所述薄膜包括：根据实施方式1至34中的任一项所述的各向异性磁性纳米结构，其中，所述各向异性磁性纳米结构在所述薄膜中的不同位置处被设置在一个或更多个预定取向上。
实施方式101：根据实施方式100所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个第一区域，所述一个或更多个第一区域包括配向在提供第一偏振的第一配向上的各向异性磁性纳米结构。
实施方式102：根据实施方式101所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个第二区域，所述一个或更多个第二区域包括配向在与所述第一配向不同的第二配向上的各向异性磁性纳米结构，所述第二配向提供与所述第一偏振不同的第二偏振。
实施方式103：根据实施方式102所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个第三区域，所述一个或更多个第三区域包括配向在与所述第一和/或所述第二配向不同的第三配向上的各向异性磁性纳米结构，所述第三配向提供与所述第一和/或所述第二偏振不同的第三偏振。
实施方式104：根据实施方式100至103中的任一项所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个区域，其中，当将磁场施加至所述膜时，所述区域中的所述各向异性磁性纳米结构自由地重新取向。
实施方式105：根据实施方式100至104中的任一项所述的薄膜，其中，根据实施方式92至99中的任一项所述的方法来制作所述膜。
附图说明
图1示出了(画面a)FeOOH纳米棒和(画面b)Fe3O4@SiO2纳米棒的TEM图像。比例尺：1μm；(画面c)Fe3O4@SiO2纳米棒的磁性磁滞回线；(画面d)聚合物基体中的固定磁性液晶的SEM图像，示出了磁性纳米棒的有序布置。比例尺：1μm；(画面e)为不同体积分率(Ф)(1％、3％、5％和10％)(从上到下)的毛细管中的Fe3O4@SiO2纳米棒的水分散液的POM图像。比例尺：500μm。
图2示出了在不同方向上取向的磁场下的磁性液晶膜的(画面a-d)POM图像和(画面e-h)明视场OM图像。左上的黑色箭头指示偏振器(P)和检偏器(A)的透射轴。白色箭头指示场方向。每个图像中的右上角不包含样本。比例尺：500μm。
图3(画面a)方案示出了光学切换处理，并且(画面b)示出了交替磁场下的磁性液晶的透射强度轮廓。
图4(画面a)方案示出了用于制造具有不同偏振图案的薄膜的光刻工艺；(画面b-d)示出了各种偏振调制图案的POM图像；(画面e)放大的OM图像示出了纳米棒在图案(左)和周围区域(右)中的布置。比例尺：(画面b-d)500μm；(画面e)10μm。
图5(画面a-d)示出了在(画面a、b)之前且(画面c、d)之后正交偏振器下的两个偏振调制图案的POM图像，使偏振器的透射轴的方向移动45°；(画面e、f)示出了相同图案的明视场图像；(画面g)标绘线示出了薄膜的透射率对纳米棒取向与偏振器的透射轴之间的角度的依赖性；(画面h)通过控制由白色箭头指示的纳米棒的相对取向用不同区域中的不同亮度图案化的单个薄膜的POM图像。比例尺：500μm。
定义
这里可交换地使用术语“悬浮液”和“分散液”，以指代液体(或聚合后的)介质中存在的纳米结构。在特定实施方式中，纳米结构同质地分散在介质中，而在其它实施方式中，纳米结构不同质地分散。在特定实施方式中，纳米颗粒在介质中提供一个或多个相。
具体实施方式
在各种实施方式中，提供了磁性致动液晶以及制作磁性致动液晶的方法、使用液晶(例如，在光学切换应用、显示器等中)的方法和包括液晶的装置。在特定实施方式中，液晶包括磁性各向异性纳米结构(例如，纳米棒和纳米片)。如果必须，则用附加涂层对这些磁性各向异性纳米结构的表面进行改性，以用于在溶剂中的增强分散，例如，涂布一层加帽配合基、或聚合物、或诸如二氧化硅的无机氧化物。在特定实施方式中，纳米结构涂布有二氧化硅层。
在一个示例性但非限制性实施方式中，为了制造液晶，合成超顺磁铁氧化物纳米棒或纳米片，并且用加帽配合基、或诸如二氧化硅的氧化物、或用于增强分散的聚合物(如果必要)对它们的表面进行改性。然后，纳米棒或纳米片可以以特定体积分率分散在合适溶剂中，以形成磁性致动液晶。这些液晶显示出出色的磁性响应和磁场控制即时和可逆取向。
在一个示例性但非限制性实施方式中，为了制造液晶，合成铁磁铁氧化物纳米棒或纳米片，并且用加帽配合基、或诸如二氧化硅的氧化物、或用于增强分散的聚合物(如果必要)对它们的表面进行改性。然后，纳米棒或纳米片可以以特定体积分率分散在合适溶剂中，以形成磁性致动液晶。这些液晶显示出出色的磁性响应和磁场控制即时和可逆取向。
在一个示例性但非限制性实施方式中，首先合成非磁性FeOOH纳米棒ARE，之后在它们的表面上涂布二氧化硅，并且最后将其还原成超顺磁或铁磁铁氧化物纳米棒，超顺磁或铁磁铁氧化物纳米棒在升高的温度下由二乙二醇封装在二氧化硅层中。已还原的纳米棒可以以特定体积分率(例如，10％)分散在水或极性溶剂中，并且磁性地提供致动液晶。根据体积分率，该液晶可以形成向列相或层列相。这些液晶显示出出色的磁性响应并且证明了磁场控制即时且可逆取向调节。
在一个示例性但非限制性实施方式中，为了制造液晶，首先合成非磁性Ni(OH)2纳米片，之后在它们的表面上涂布SiO2，并且最终通过氢将其还原成Fe3O4@SiO2纳米棒。已还原的纳米片可以以特定体积分率分散在水或极性溶剂中，并且实现磁性致动液晶。根据体积分率，该液晶可以形成向列相或柱状相或六角相。这些液晶显示出出色的磁性响应和磁场控制即时和可逆取向。
在一个示例性但非限制性实施方式中，为了制造液晶，首先合成非磁性纳米棒或纳米片，之后在它们的表面上涂布聚合物，并且最后将其还原成铁磁芯@聚合物纳米结构。已还原的纳米结构可以以特定体积分率分散在水或极性溶剂中，以形成磁性致动液晶。这些液晶显示出出色的磁性响应和磁场控制即时和可逆取向。
在一个示例性但非限制性实施方式中，为了在显示器中应用磁性致动液晶，但是非限制性实施方式，将磁性致动液晶夹在正交偏振器(cross polarizer)之间以形成装置。当场方向改变时，该装置可以调节透光率。将交替磁场施加至装置(例如，5mT)时，液晶显示出高于100Hz的光学切换频率，这可以比得上商用液晶，因此可以是商用液晶在装置应用中的有前途替代者。滤色器被附着到该装置，以创建磁性响应液晶彩色显示器的原型。
在一个示例性但非限制性实施方式中，为了在偏振图案打印中应用磁性致动液晶，但是非限制性实施方式，将磁性致动液晶与可光固化聚合物前体混合，并且将其夹在玻璃之间。将掩模施加至样本；通过紫外光固化所选区域中的液晶，并且在磁场的辅助下固定它们的取向。然后，去除该掩模以允许固化剩余区域中的液晶并且在磁场的辅助下将它们的取向固定在不同方向上。该处理可以多次重复，以用于创建复杂图案。
示例
提供以下示例以说明，但不限制要求保护的发明。
示例1
磁性致动液晶
液晶的类似液体行为和光学各向异性催化了现代技术中的许多重要应用。它们的分子顺序可以借助诸如温度改变以及电场和磁场的外部刺激被操纵，因此能够实现许多技术进步，特定成功示例是由电场驱动的液晶显示器。虽然常规液晶可能对磁场敏感，但是分子种类的低磁化率使实际应用困难，这是因为要求极强磁场来实现分子顺序的有效切换(Kneppe等人(1982)Chem.Phys.Lett.87：59；Lemaire等人(2004)Phys.Rev.Lett.93:267801；van den Pol等人(2009)Phys.Rev.Lett.103:160952)。
这里我们论证了铁磁无机纳米棒可以用作构造块，以构建具有光学特性的液晶，光学特性可以通过使用相当弱的外部磁场操纵纳米棒取向来即时和可逆地被控制。在交替磁场(5mT)下，它们显示出高于100Hz的光学切换频率，其比得上基于电气切换的商用液晶的性能。开发这种磁性致动液晶打开了朝向各种应用的大门，各种应用可以从磁性操纵的即时和无接触性质受益(Yang和Wu，Fundamentals of liquid crystal devices.WileySID series in display technology(John Wiley,Chichester；Hoboken,NJ,2006),pp.xvi,378p；Boamfa等人(2005)Adv.Mater.17:610)。
使用外部磁场有效地切换液晶的光学特性仍是大挑战。虽然已经尝试了将铁或铁磁材料直接结合到液晶中(Fabre等人(1990)Phys.Rev.Lett.64:539；Vallooran等人(2011)Adv.Mater.23:3932；Cordolyiannis等人(2009)Phys.Rev.E 79)，但是通常要求长交互时间来感应均匀分子配向。更简单的策略是例如通过将稀土金属离子掺杂到液晶分子中(Binnemans等人(2000)J.Am.Chem.Soc.122:4335)或者通过开发具有较高磁化率的另选无机构造块(Hijnen和Clegg(2012)Chem.Mater.24:3449)，来增强液晶的组成的固有磁特性。然而，大多数这种研究限于顺磁性材料，其仅可以在极强外部磁场(>1T)中配向。就这一点而言，直接使用铁或铁磁无机材料表示设计磁性响应液晶的最佳解决方案，这是因为它们具有更高磁化率并且可以快速响应于较弱磁场。在这种系统中，磁性互作用能而不是在涉及反磁性/顺磁性材料的情况下的向列电势支配液晶的取向行为，使得可以按照所要求的场强度的幅值减小的顺序但是以高磁性排序效率有效地执行取向控制和光学切换。盎萨格(Onsager)在他的创始工作中理论上预测了纯熵制度中的长硬棒的自发向列排序(盎萨格(1949)AnnN.Y.Acad.Sci.51:627)，仍然留下开发用于各向异性成形的磁性纳米结构的受控合成的剩余挑战，并且更重要地是，它们在液体分散时的有效稳定性，这是因为具有净磁偶极矩的颗粒通常由于磁性偶极-偶极交互而聚集。
关于无机液晶的研究限于分子种类或高多分散盘和棒形无机胶质，诸如三水铝矿(Al(OH)3)和勃姆石(AlO(OH))薄片(van der Beek和Lekkerkerker(2004)Langmuir 20)8582)、板状绿土粘土(Gabriel等人(1996)J.Phys.Chem.100:11139)、石墨烯片(Behabtu等人(2010)Nat.Nano.5:406)、针铁矿纳米棒(Lemaire等人(2004)The Europ.Phy.J.E 13:291)、GdPO4和LaPO4纳米棒(Kim等人(2012)Adv.Funct.Mater.22:4949)或CdSe的半导体纳米棒(Li等人(2002)Nano.Lett.2:557)。具有均匀尺寸、良好限定形状和良好溶液分散性的磁性各向异性纳米结构可以使用各种溶液相和气相沉积法来合成。我们还可以设计间接策略，这些间接策略涉及将非磁性各向异性纳米结构制备为前体，表面钝化以增强胶质稳定性，并且然后将前体转变成磁性各向异性纳米结构。作为一个示例，我们选择FeOOH纳米棒作为起始材料，其可以借助水解反应容易地制备。纳米棒的代表性透射电子显微镜(TEM)图像在图1的画面a中示出。FeOOH纳米棒还借助溶胶凝胶工艺涂布有一层二氧化硅，并且然后在220℃下通过二乙二醇被还原成Fe3O4。如图1的画面b中所示，产品保持良好限定的棒形形态，平均长度是1.5μm并且直径是200nm。磁性测量确认Fe3O4纳米棒的铁磁性质，示出了18emu/g的饱和磁化强度和300Oe的矫顽力。表面二氧化硅层在稳定磁性纳米棒的胶质分散中扮演重要角色：其充当物理势垒，以使磁芯彼此分离，削弱它们的磁性偶极-偶极交互作用并且防止它们聚集。二氧化硅表面上丰富的羟基提供足够长距离静电排斥和短距离溶剂化力，以用于稳定磁性纳米棒，准许它们在诸如水和醇的各种极性溶剂中的优秀分散性。
在施加外部磁场时，磁性纳米棒沿着场方向配向它们本身，这产生形成液晶所需的取向顺序。因为纳米棒的平均尺寸远远大于小角度X射线散射测量的检测限制，在磁场中溶解样本的晶体结构难以实现。允许我们直接观察纳米棒的配向的另选方法是将纳米棒固定在聚合物基体中。在这种情况下，Fe3O4@SiO2纳米棒以10％的体积分率(Φ)在UV可固化聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)树脂中分散。在外部磁场下，使分散液暴露于UV光以开始聚合。此后，切割聚合后的固体，并且使用扫描电子显微镜(SEM)来检查其截面。如图1的画面d所示，可以观察到纳米棒的均匀配向，这确认导致液晶特性的纳米棒的取向顺序，但是通过使用该方法仍然难以解决位置顺序。图1的画面e示出了为从1％至10％的不同体积分率的Fe3O4@SiO2纳米棒的水分散液的偏振光学显微镜(POM)图像，清楚地指示了随着体积分率增加从各向同性相到更有序向列相的转变，并且确认了分散液的液晶行为。
然后，我们论证了通过磁场对这种液晶的光学调节。发现纳米棒的取向随着磁场的方向而变化，这导致在POM下的视觉改变。要注意的是，除非以其它方式指定，该工作中使用的磁场的强度被固定在～10G。透射通过夹在正交偏振器之间的液晶的光的强度可以通常被描述为：
I＝I0sin2(2α)sin2(πΔnL/λ) (1)
其中，I0是穿过第一偏振器的光的强度；α是偏振器的透射轴与液晶的长轴之间的角度；Δn是沿着针对以特定角度配向的液晶的长轴和短轴的折射指数的差；L是样本厚度；并且λ是入射光的波长。样本分散液的双折射率被测量为0.15，并且不显示随着场强度增加的明显改变，这指示纳米棒的良好配向。当场方向与偏振器平行或垂直时，α等于0或90°，这导致黑色光学视野(图2的画面a、c)。随着场方向相对于偏振器转变到45°，α改变为45°，使得根据等式1强度达到最大值，这导致明视野，如图2的画面b和d中所示。相反，如图2的画面e-h中所指示的，相同样本的对应明视场光学显微镜图像响应于磁场的方向的改变不呈现视野的暗度的明显差别。
磁性液晶可以快速地响应于沿外部磁场的方向的改变。视频证明了液晶在旋转磁场中的连续光学切换。为了获得其切换频率的定量理解，我们研究了在高频交替磁场下的液晶的光学特性。在施加磁场时，纳米棒由于从一个方向到相反方向的场极性的快速切换而振荡(Zorba等人(2010)J.Phys.Chem.C 114:17868)。因为纳米棒的取向从与偏振器的透射轴平行的平衡位置临时移位，所以激光束穿过正交偏振器并且给出可检测信号。图3的画面a中的黑色曲线指示该液晶呈现出对交替5mT场的快速响应。该透射率在0.01s内对应于100Hz的切换频率强烈改变，而在控制实验中，在不存在液晶样本(红色曲线)时，未观察到透射率改变。
基于无机纳米结构的液晶的一个优点是方便固定取向顺序的可能性。这里，我们还论证了通过将磁性液晶与光刻工艺组合，可以方便地制造用各种光学偏振图案化的薄膜。如图4的画面a示意性地示出的，首先将包含磁性纳米棒和PEGDA树脂的液晶溶液夹在盖玻片与载玻片之间以形成液膜。然后，将光掩模放置在样本的顶部上，之后施加磁场。在暴露于UV光时，未覆盖区域中的纳米棒的取向在膜的平面内沿着特定方向被固定。然后，去除光掩模，并且在存在从初始场方向旋转45°(平面中)的磁场时，样本再次暴露于UV光。最后，我们获得了具有偏振图案的薄膜，显示出对偏振光的不同透射率。图4的画面b-d显示在应用不同图案之后的已制备样本的POM图像。在这些情况下，偏振器的透射轴被设置为与初始场方向平行。首次暴露期间被固化的区域在POM下看起来黑暗，这由于纳米棒相对于偏振器的透射轴的平行布置，而第二次暴露期间被固化的区域是明亮的，这是因为所有纳米棒相对于偏振器的透射轴取向为45°。放大后的明视场光学显微镜图像在图4的画面e中示出，其强调纳米棒在明亮(左)和黑暗(右)区域(由虚线分离)的边界处的配向，并且清楚地确认两个取向之间的45°角。
改变纳米棒相对于偏振器的透射轴的取向允许方便地调制透射强度。如图5的画面a-d中的极限情况下描绘的，将偏振器的透射轴移动为与第二场的方向平行完全颠倒黑暗区域和明亮区域，而在它们的明视场光学图像(图5的画面e和f)下几乎不能观察到对比度。在图5的画面g中，我们描绘了测量得到的透射率对纳米棒的取向与偏振器的透射轴之间的角度的依赖性，其根据等式1。通过在光刻处理期间在不同区域中控制纳米棒的相对取向，可以完全调制膜的偏振光的透射率或因此其在POM下的亮度。图5的画面h显示出由多步骤光刻工艺制造的、在不同区域中具有变化亮度的单个膜，其中，磁场相对于偏振器的透射轴从0°逐渐移动至45°。图案的偏振依赖透射率可以直接应用在防伪装置中。有趣地是，如果我们仅执行第一固化工艺，则未固化区域仍然处于液相，使得纳米棒的取向可以仍然被磁场调节，这允许图案与背景之间的对比度的连续改变。
根据所施加的外部场的方向，液晶改变光的偏振，并且由此能够控制透过它们的光的强度。光学切换测试指示该液晶对外部磁场的方向改变非常敏感，并且展示出0.01s内的即时响应。磁性纳米棒还可以分散在UV可固化树脂中，以制造薄膜液晶，其取向可以通过组合磁性取向和光刻工艺完全被固定或在所选区域中被固定，这允许创建不同偏振的图案和控制特定区域中的透光率。
期望磁性致动液晶提供用于制造可以广泛应用于许多领域中的新光学装置(诸如显示器、波导、致动器、光学调制器和防伪特征)的新平台。
实验
FeOOH纳米棒的合成：
FeOOH纳米棒的合成基于具有很小改性的先前报告。典型地，将7.776克的无水FeCl3溶解在80mL水中。将溶液添加到450μL的37％HCl中，并且然后以11000rpm被离心3分钟，以便去除未溶解的沉淀物。纯化后的溶液在具有回流的100mL三脖烧瓶中被加热到98℃，然后维持16个小时。固态产物在反应之后通过离心分离被收集，并且用水清洗多次。
FeOOH纳米棒的二氧化硅涂布：
将30mg的已制备FeOOH纳米棒分散在20ml的水中，并且添加1mL 0.1M PAA溶液，以用于纳米棒的表面改性。在过夜搅拌之后，纳米棒通过离心分离被收回并且重新分散在3mLH2O中。然后添加1mL的氨溶液，之后添加20mL乙醇和100μL的TEOS。1个小时之后，涂布有二氧化硅的纳米棒通过离心分离被收集，用水清洗多次，并且重新分散在2mL的水中。
FeOOH@SiO 2 纳米棒到Fe 3 O 4 @SiO 2 纳米棒的转变：
凭借氮的保护，将60mL的二乙二醇加热到220℃，将2mL的FeOOH@SiO2分散液添加到60mL的二乙二醇。混合物的颜色从黄色变为褐色，并且最终变为黑色。转变通常花费24个小时，之后，磁性纳米棒通过离心分离被收集，用乙醇清洗多次，并且分散在5mL的水中。
将Fe 3 O 4 @SiO 2 纳米棒组装到液晶中：
将已还原的Fe3O4@SiO2纳米棒通过磁性分离三次被进一步纯化。然后，将它们浓缩到10％的体积分率，以允许液晶的形成。具有不同体积分率的分散液还由相同过程来制备。
液晶的光聚合：
制备7：3的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA，Mn：700)与水的混合溶液。将已还原的Fe3O4@SiO2纳米棒分散在混合溶液中并且通过磁性分离三次被纯化。然后，将溶液浓缩到10％的体积分率。将光引发剂以5％的质量分数添加到溶液中。为了进行光聚合，每次使用5μL的溶液，夹在一个盖玻片与一个载玻片之间，并且然后暴露在uv光下20秒。
将理解，这里描述的示例和实施方式仅用于说明目的，并且鉴于此的各种修改和改变将被呈现给本领域技术人员，并且包括在该申请的精神和范围以及所附权利要求的范围内。这里引用的所有公开、专利和专利申请为了所有目的通过引用全部结合于此。

Claims (105)

1.一种液晶，所述液晶包括：
磁性各向异性纳米结构的悬浮液/分散液。
2.根据权利要求1所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构包括从由铁磁材料、铁磁材料、以及超顺磁材料组成的组中选择的材料。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构包括从由金属铁、金属钴、金属镍、金属钆、金属镝、含铁的合金、含钴的合金、含镍的合金、含钆的合金、含镝的合金、铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、镁的氧化物、铕的氧化物和铬的氧化物组成的组中选择的材料。
4.根据权利要求2所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构包括Fe3O4。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构包括从由纳米棒、纳米片、纳米管和纳米盘组成的组中选择的各向异性纳米结构。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构包括纳米棒。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的长轴的平均长度的范围为从大约20nm直到大约10μm。
8.根据权利要求7所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约50nm直到大约10μm、或从大约100nm直到大约5μm。
9.根据权利要求7所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约20nm、或从大约50nm、或从大约100nm、或从大约200nm、或从大约300nm、或从大约400nm、或从大约500nm直到大约10μm、直到大约5μm、或直到大约4μm、或直到大约3μm、或直到大约2μm。
10.根据权利要求7所述的液晶，其中，所述结构的所述长轴的所述平均长度是大约1.5μm。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm直到大约1μm、或从大约100nm直到大约500nm、或从大约100nm直到大约300nm。
12.根据权利要求1至10中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm或从大约5nm、或从大约10nm、或从大约20nm、或从大约30nm、或从大约40nm、或从大约50nm、或从大约60nm、或从大约70nm、或从大约80nm、或从大约90nm、或从大约100nm直到大约1μm、或直到大约800nm、或直到大约500nm、或直到大约400nm、或直到大约300nm。
13.根据权利要求1至10中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度是大约200nm。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述长度与所述短轴的所述长度的比率是至少大约1.1或至少大约1.2、或至少大约1.3、或至少大约1.5、或至少大约2、或至少大约3、或至少大约4、或至少大约5、或至少大约6、或至少大约7、或至少大约8、或至少大约9、或至少大约10、或至少大约11、或至少大约12、或至少大约13、或至少大约14、或至少大约15、或至少大约16、或至少大约17、或至少大约18、或至少大约19、或至少大约20。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的液晶，其中，对所述纳米结构的所述表面进行改性，以确保在溶剂中的分散/悬浮。
16.根据权利要求15所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面用亲水基团被官能化。
17.根据权利要求16所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面用从由羟基、羧基、巯基、羰基、氨基和磷酸盐组成的组中选择的基团被官能化。
18.根据权利要求15所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面上具有聚合物层或二氧化硅层。
19.根据权利要求15所述的液晶，其中，所述纳米结构的所述表面上具有二氧化硅层。
20.根据权利要求1至19中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在极性溶剂、非极性溶剂、或极性溶剂和非极性溶剂的混合物中。
21.根据权利要求26所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在极性溶剂中。
22.根据权利要求26所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括水的溶液中。
23.根据权利要求26所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括醇的溶液中。
24.根据权利要求23所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括醇的溶液中，所述醇选自由甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1丙醇、2-甲基-2-丙醇、乙二醇、甲二醇、丙二醇、甘油、苯甲醇、肉桂醇、二乙二醇、诱杀烯醇、环己醇和辛醇组成的组。
25.根据权利要求23所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在包括乙二醇的溶液中。
26.根据权利要求23所述的液晶，其中，所述各向异性纳米结构悬浮/分散在非极性溶剂中。
27.根据权利要求1至26中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的体积分率大于大约0.1％。
28.根据权利要求27所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的所述体积分率的范围为从大约0.1％直到大约70％。
29.根据权利要求27至28中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的所述体积分率大于大约0.5％、或大于大约1％、或大于大约3％、或大于大约4％、或大于大约3％、或大于大约5％、或大于大约6％、或大于大约7％、或大于大约8％、或大于大约9％、或大于大约10％、或大于大约11％、或大于大约12％、或大于大约13％、或大于大约14％、或大于大约15％、或大于大约16％、或大于大约17％、或大于大约18％、或大于大约19％、或大于大约20％。
30.根据权利要求1至26中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液/分散液中的各向异性纳米结构的所述体积分率是大约10％。
31.根据权利要求27至30中的任一项所述的液晶，其中，所述悬浮液中的各向异性结构的所述体积分率足以提供有序液晶相。
32.根据权利要求1至31中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构在具有小于大约1T的强度的磁场中重新取向。
33.根据权利要求32所述的液晶，其中，所述各向异性结构在具有一强度的磁场中重新取向，该强度小于大约800mT、或小于大约500mT、或小于大约400mT、或小于大约300mT、或小于大约200mT、或小于大约100mT、或小于大约50mT、或小于大约25mT、或小于大约10mT、或小于大约5mT、或小于大约1mT。
34.根据权利要求1至33中的任一项所述的液晶，其中，所述各向异性结构悬浮/分散在包含聚合物分子或预聚物分子的溶液中。
35.一种装置，所述装置包括：
第一偏振层或膜，所述第一偏振层或膜被构造为充当偏振器；
第二偏振层或膜；以及
根据权利要求1至34中的任一项所述的液晶，所述液晶设置在所述第一偏振层或膜与所述第二偏振层或膜之间。
36.根据权利要求35所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜被构造为充当偏振器。
37.根据权利要求35至36中的任一项所述的装置，其中，所述第二偏振层或膜被构造为充当检偏器。
38.根据权利要求35至37中的任一项所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的偏振角与所述第二偏振层或膜的所述偏振角不同。
39.根据权利要求38所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的所述偏振角和所述第二偏振层或膜的所述角相差从大约0度至大约180度范围内的量。
40.根据权利要求39所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的所述偏振角和所述第二偏振层或膜的所述角相差大约45度。
41.根据权利要求39所述的装置，其中，所述第一偏振层或膜的所述偏振角和所述第二偏振层或膜的所述角相差大约90度。
42.根据权利要求35至41中的任一项所述的装置，其中，所述装置还包括反射层，所述反射层设置在所述第一偏振层或膜和所述第二偏振层或膜后面。
43.根据权利要求35至42中的任一项所述的装置，其中，所述装置是从由显示器、波导、致动器和光学调制器组成的组中选择的设备的组件。
44.一种光学切换方法，所述方法包括：
使偏振后的光学信号穿过根据权利要求1至34中的任一项所述的液晶；以及
将磁场施加至所述液晶，以改变所述液晶对所述光学信号的透射。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述磁场以至少1Hz的频率被切换。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述磁场以至少5Hz、或至少10Hz、或至少20Hz、或至少50Hz、或至少80Hz、或至少100Hz、或至少150Hz、或至少200Hz的频率被切换。
47.根据权利要求44至46中的任一项所述的方法，其中，所述方法使用根据权利要求35至43中的任一项所述的装置执行。
48.一种制造用作磁性液晶的磁性各向异性纳米结构的方法，所述方法包括：
制备非磁性各向异性纳米结构；
如果必须确保溶剂分散性，则对所述纳米结构的表面进行改性；以及
将所述纳米结构转变为磁性各向异性纳米结构。
49.一种制造用作磁性液晶的磁性各向异性纳米结构的方法，所述方法包括：
制备磁性各向异性纳米结构；以及
如果必须确保溶剂分散性，则对所述纳米结构的表面进行改性。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由金属铁、金属钴、金属镍、金属钆、金属镝、含铁的合金、含钴的合金、含镍的合金、含钆的合金、含镝的合金、铁的氧化物、钴的氧化物、镍的氧化物、镁的氧化物、铕的氧化物、以及铬的氧化物组成的组中选择的材料。
51.根据权利要求49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由Fe、Co、Ni、Mn、Gd、Dy、Eu、Cr、Zn、Cu、Mg、O、Si、Bi、Y、Sb组成的组中选择的材料。
52.根据权利要求49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由Fe、Co、Ni、Mn、Gd、Dy、Eu、Cr、Zn、Cu、Mg、O、Si、Bi、Y、Sb的化合物组成的组中选择的材料。
53.根据权利要求49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由Fe、Co、Ni、Mn、Gd、Dy、Eu、Cr、Zn、Cu、Mg、O、Si、Bi、Y、Sb的合金组成的组中选择的材料。
54.根据权利要求49所述的方法，其中，所述各向异性结构包括Fe3O4。
55.根据权利要求49至54中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构包括从由纳米棒、纳米片、纳米管和纳米盘组成的组中选择的各向异性纳米结构。
56.根据权利要求49至54中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构包括纳米棒。
57.根据权利要求49至56中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的长轴的平均长度的范围为从大约20nm直到大约10μm。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约50nm直到大约10μm、或从大约100nm直到大约5μm。
59.根据权利要求57所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述平均长度的范围为从大约20nm、或从大约50nm、或从大约100nm、或从大约200nm、或从大约300nm、或从大约400nm、或从大约500nm直到大约10μm、直到大约5μm、或直到大约4μm、或直到大约3μm、或直到大约2μm。
60.根据权利要求57所述的方法，其中，所述结构的所述长轴的所述平均长度是大约1.5μm。
61.根据权利要求49至60中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的短轴的平均长度的范围为从大约2nm直到大约1μm、或从大约100nm直到大约500nm、或从大约100nm直到大约300nm。
62.根据权利要求49至60中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度的范围为从大约2nm或从大约5nm、或从大约10nm、或从大约20nm、或从大约30nm、或从大约40nm、或从大约50nm、或从大约60nm、或从大约70nm、或从大约80nm、或从大约90nm、或从大约100nm直到大约1μm、或直到大约800nm、或直到大约500nm、或直到大约400nm、或直到大约300nm。
63.根据权利要求49至60中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述短轴的所述平均长度是大约200nm。
64.根据权利要求49至63中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性结构的所述长轴的所述长度与所述短轴的所述长度的比率是至少大约1.1或至少大约1.2、或至少大约1.3、或至少大约1.5、或至少大约2、或至少大约3、或至少大约4、或至少大约5、或至少大约6、或至少大约7、或至少大约8、或至少大约9、或至少大约10、或至少大约11、或至少大约12、或至少大约13、或至少大约14、或至少大约15、或至少大约16、或至少大约17、或至少大约18、或至少大约19、或大约至少20。
65.根据权利要求49至64中的任一项所述的方法，其中，所述制备包括：制备包括FeOOH纳米结构的纳米结构，所述FeOOH纳米结构包括FeCl3前体。
66.根据权利要求49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用表面活性剂对所述表面进行改性。
67.根据权利要求49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用亲水基团来官能化所述表面。
68.根据权利要求67所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用从由羟基、羧基、巯基、羰基、氨基和磷酸盐组成的所述组中选择的基团官能化所述表面。
69.根据权利要求49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用氧化物涂层来涂布所述表面。
70.根据权利要求69所述的方法，其中，所述氧化物涂层包括二氧化硅。
71.根据权利要求70所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：使所述纳米结构与硅醇盐反应。
72.根据权利要求71所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：使所述纳米结构与硅醇盐反应，该硅醇盐选自由正硅酸乙酯(TEOS)和正硅酸甲酯(TMOS)组成的组。
73.根据权利要求49至65中的任一项所述的方法，其中，对所述纳米结构的所述表面进行所述改性包括：用聚合物涂层来涂布所述表面。
74.根据权利要求48和50至73中的任一项所述的方法，其中，所述将改性后的所述纳米结构转变为磁性各向异性纳米结构包括：还原所述非磁性纳米结构。
75.根据权利要求48和50至73中的任一项所述的方法，其中，所述将改性后的所述纳米结构转变为磁性各向异性纳米结构包括：将所述纳米结构中的FeOOH还原成Fe3O4。
76.根据权利要求74至75中的任一项所述的方法，其中，所述还原使用从由二乙二醇、乙二醇、甘油、氢硼化物、联氨和氢组成的组中选择的材料来执行。
77.根据权利要求48至76中的任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：纯化和/或浓缩所述磁性各向异性纳米结构。
78.根据权利要求77所述的方法，其中，所述纯化和/或浓缩包括一个或更多个磁性分离步骤。
79.根据权利要求48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到大于大约0.1％的体积分率。
80.根据权利要求48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到范围为0.1％直到大约70％的体积分率。
81.根据权利要求48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到一体积分率，该体积分率大于大约0.5％、或大于大约1％、或大于大约3％、或大于大约4％、或大于大约3％、或大于大约5％、或大于大约6％、或大于大约7％、或大于大约8％、或大于大约9％、或大于大约10％、或大于大约11％、或大于大约12％、或大于大约13％、或大于大约14％、或大于大约15％、或大于大约16％、或大于大约17％、或大于大约18％、或大于大约19％、或大于大约20％。
82.根据权利要求48至78中的任一项所述的方法，其中，所述磁性各向异性纳米结构被浓缩或重新悬浮到足以提供有序液晶相的体积分率。
83.根据权利要求48至82中的任一项所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在极性溶剂、非极性溶剂、或极性溶剂和非极性溶剂的混合物中。
84.根据权利要求83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在极性溶剂中。
85.根据权利要求83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括水的溶液中。
86.根据权利要求83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括醇的溶液中。
87.根据权利要求86所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括醇的溶液中，该醇选自由甲醇、乙醇、丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1丙醇、2-甲基-2-丙醇、乙二醇、甲二醇、丙二醇、甘油、苯甲醇、肉桂醇、二乙二醇、诱杀烯醇、环己醇和辛醇组成的组。
88.根据权利要求86所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包括乙二醇的溶液中。
89.根据权利要求83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在非极性溶剂中。
90.根据权利要求83所述的方法，其中，所述各向异性纳米结构悬浮在包含聚合物分子或预聚物分子的溶液中。
91.一种液晶，所述液晶包括根据权利要求48至90中的任一项所述的方法制造的、涂布有二氧化硅的磁性各向异性纳米结构。
92.一种制作用一个或更多个光学偏振图案化的薄膜的方法，所述方法包括：
提供基底，在所述基底上沉积包含根据权利要求1至34中的任一项中所述的各向异性磁性纳米结构的树脂；
将磁场施加至所述树脂，以使在涂布有所述树脂的所述基底的所有或一个或更多个区域中的所述各向异性磁性纳米结构配向；以及
固化/交联在涂布有所述树脂的所述基底的所有或一个或更多个区域中的所述树脂，以将所述各向异性磁性纳米结构固定在第一配向上，从而提供第一光学偏振。
93.根据权利要求92所述的方法，所述方法还包括：
将磁场施加至所述基底的第二区域，以使所述第二区域中的各向异性磁性纳米结构配向在与所述第一配向不同的取向上；以及
固化/交联在所述第二区域中的所述树脂，以将在所述第二区域中配向的所述各向异性磁性纳米结构固定在第二配向上，以提供第二光学偏振。
94.根据权利要求92至93中的任一项所述的方法，所述方法还包括：
将磁场施加至所述基底的第三区域，以使所述第三区域中的所述各向异性磁性纳米结构配向在与所述第一配向和/或所述第二配向不同的取向上；以及
固化/交联在所述第三区域中的所述树脂，以将在所述第三区域中配向的所述纳米棒固定在第三配向上，以提供第三光学偏振。
95.根据权利要求92至94中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：使一个或更多个区域中的所述树脂不固化/不交联，使得当将磁场施加至所述膜时，所述区域中的所述各向异性磁性纳米结构重新取向。
96.根据权利要求92至95中的任一项所述的方法，其中，所述树脂是UV固化树脂，并且通过将UV光施加到将被固化/交联的所述区域来进行所述固化/交联。
97.根据权利要求96所述的方法，其中，所述树脂选自由双酚A-二缩水甘油醚二丙烯酸酯(BGEDA)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、以及聚(二乙二醇碳酸酯)二丙烯酸酯(PGCDA)组成的组。
98.根据权利要求92至95中的任一项所述的方法，其中，所述树脂是化学固化树脂，并且通过将所述固化催化剂施加至将被固化/交联的所述区域来进行所述固化/交联。
99.根据权利要求98所述的方法，其中，所述催化剂被喷墨纳米打印在将被固化的所述区域上。
100.一种用一个或更多个光学偏振图案化的薄膜，所述薄膜包括：
根据权利要求1至34中的任一项所述的各向异性磁性纳米结构，其中，所述各向异性磁性纳米结构在所述薄膜中的不同位置处被设置在一个或更多个预定取向上。
101.根据权利要求100所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个第一区域，所述一个或更多个第一区域包括配向在提供第一偏振的第一配向上的各向异性磁性纳米结构。
102.根据权利要求101所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个第二区域，所述一个或更多个第二区域包括配向在与所述第一配向不同的第二配向上的各向异性磁性纳米结构，所述第二配向提供与所述第一偏振不同的第二偏振。
103.根据权利要求102所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个第三区域，所述一个或更多个第三区域包括配向在与所述第一和/或所述第二配向不同的第三配向上的各向异性磁性纳米结构，所述第三配向提供与所述第一和/或所述第二偏振不同的第三偏振。
104.根据权利要求100至103中的任一项所述的薄膜，其中，所述膜包括一个或更多个区域，其中，当磁场被施加至所述膜时，所述区域中的所述各向异性磁性纳米结构自由地重新取向。
105.根据权利要求100至104中的任一项所述的薄膜，其中，根据权利要求92至99中的任一项所述的方法来制作所述膜。
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