用于光保护应用的基于液晶的先进可切换光学器件

人类的生命与光密不可分。科学技术的发展增加了人造光的普及，并使阳光的使用多样化。然而，不适当的光辐射可能对人类健康和福祉有害。窗户作为外界光线的重要通道，对建筑物、车辆、飞机等的光线调节起着至关重要的作用。

需要具有可切换光学特性的窗以防止或减弱不适当的光辐射对人眼和光敏仪器的损害或干扰。近年来，智能材料取得了快速发展，能够提供可切换光学特性的透明材料引起了研究人员的广泛关注。在这种情况下，液晶(LC)由于其丰富的响应性和独特的光学特性，被认为是先进光保护材料的最佳候选者。

在《光科学与应用》杂志上发表的题为“用于光保护应用的基于先进液晶的可切换光学器件：原理和策略”的新论文中，由中国微系统重点实验室朱家奇教授领导的科学家团队和教育部微结构制造探讨液晶材料在光防护领域的研究进展与挑战。

他们首先讨论了基于LC的光保护所面临的特定光环境以及现有的光保护策略。根据来源，光辐射可分为自然光或人造光。太阳光波长范围广(250nm-2500nm)，辐射角度变化大，照射面积大。激光灯功率大、窄波长和快速响应特性。其他高强度照明，如天窗和聚光灯，具有与激光相同的响应速度和比激光更宽的光谱范围。与传统的电子控制变色材料相比，LC材料在响应时间和保护带宽方面表现出优势。液晶材料是光保护的优秀候选者，因为它们在激发温度和可见光透射率方面比传统的热致变色材料具有显着优势。

其次，研究人员介绍了几类基于液晶材料的光调制原理。从光能的角度来看，液晶的光保护原理有以下三种：1)将入射光能转化为其他形式的能量;2)通过反射路径传递入射光能;和3)通过散射路径传输入射光能。他们分别讨论了这三种避光原理在避光装置中的特点、优势和应用。

最后，他们讨论了当前针对不同应用的基于液晶材料的光保护策略，以及当前策略存在的问题和不足。在复杂的光学环境中，全面的保护往往需要多种机制耦合。研究人员提出了不同光环境下的光保护策略建议。对车辆应用光保护装置时，需要重点关注瞬态光保护策略;而对于建筑物，长期的光保护策略是合适的。

尽管研究了几种用于液晶的光保护装置，但用于实际应用的仍然非常有限。首先，开发在长期稳定运行中适应不同外部环境的基于LC的光保护器件具有挑战性。成熟的液晶光保护器件应具有高紫外线辐射耐受性和电化学稳定性。其次，在目前的商业安装中，缺乏灵活适应不同外部环境防护要求的基于LC的光保护装置。第三，这些技术面临着确保商业应用的良好稳定性和同质性的挑战。

研究人员期待通过对新一代智能光限幅材料的深入研究，解决上述问题。他们提出智能光限幅材料来彻底解决上述问题。可编程的灵活性和自适应性对于实现满足新需求的光学材料至关重要。该系统不仅能提供多波段防护，还能在复杂环境中快速响应，覆盖整个紫外-可见-红外光谱范围，部分波段防护强度高，使用寿命长。如果器件在大功率入射光下稳定，并且在长期保护状态下消耗少量能量，则系统应该可以正常工作。