二氧化硅纳米粒子掺杂垂直锚定液晶的电光与介电响应调控研究

本文系统研究了不同浓度（0.15-0.6 wt%）二氧化硅纳米粒子（SNPs）掺杂对垂直锚定液晶（LCs）电光性能与介电行为的影响。通过偏振光学显微镜（POM）和介电谱分析发现，0.15 wt% SNPs可实现完美垂直排列，而≥0.3 wt%时纳米粒子团簇导致光泄漏；最优浓度（≤0.3 wt%）能降低阈值电压（Vth），提升弛豫频率（fr达6.3×106 Hz），为液晶显示器件（LCD）性能优化提供新策略。

　　

Highlight

二氧化硅纳米粒子（SNPs）掺杂驱动的垂直锚定液晶电光与介电响应调控

Materials and mixtures

本研究采用负介电各向异性（Δε=?4.89）的向列相液晶（LC-BYVA-01）与垂直聚酰亚胺镀膜ITO玻璃基板，制备了含0.15、0.3、0.6 wt% SNPs（平均粒径15 nm）的三种混合物，以探究纳米粒子浓度对液晶器件性能的影响。

Morphological behaviour

偏振光学显微镜（POM）显示：0.15 wt% SNPs掺杂的液晶细胞呈现均匀暗场纹理，证实完美垂直排列；而≥0.3 wt%时，纳米粒子团簇形成渗透网络导致微光泄漏（图2a-d）。共聚焦图像中马耳他十字图案进一步验证了垂直取向，但高浓度（0.6 wt%）下纳米粒子聚集轻微降低对比度。

Conclusion

SNPs掺杂浓度≤0.3 wt%时，液晶细胞表现出更低的阈值电压与操作电压，介电常数（ε′）在低频区略高，中频区最低降至5.1（0.6 wt%）。弛豫频率（f_r）随SNPs浓度增加向高频移动（最高达6.3×10⁶ Hz），弛豫时间（τ=1/f_r）缩短，为液晶显示器（LCD）的快响应设计提供了优化路径。