Projekt nr 2015/19/B/ST7/03650

Domieszkowane nanocząstkami ciekłokrystaliczne światłowodowy mikrostrukturalne o wysokiej efektywności przestrajania polem elektrycznym

Kierownik projektu: Woliński Tomasz

Wartość projektu: 775 200 PLN

Źródło finansowania: Projekty finansowane przez NCN - OPUS

Czas realizacji: 05.09.2016 - 04.03.2020

W ostatnim czasie zapoczątkowano nowe badania w zakresie ciekłych kryształów domieszkowanych nanoczątkami. Połączenie molekuł ciekłych kryształów z nanoczątkami postrzegane jest jako kolejny kamień milowy w rozwoju nowoczesnych systemów optofluidycznych. Obecność nanocząstek w ciekłych kryształach wpływa na znaczną poprawę parametrów elektro-optycznych w światłowodowych urządzeniach opartych o ciekłe kryształy.

Jednym z obiecujących pomysłów jest zastosowanie ciekłych kryształów domieszkowanych nanocząstkami w światłowodach mikrostrukturalnych, co skutkować może znacznym polepszeniem efektywności przestrajania polem elektrycznym parametrów optycznych takich struktur. Mikrostrukturalne światłowody fotoniczne, nazywane również światłowodami fotonicznymi, znajdują się obecnie w kręgu zainteresowań wielu grup badawczych na świecie, głównie z racji swoich nadzwyczajnych właściwości i różnorodności geometrii struktury fotonicznej. Propagacja światła w światłowodach fotonicznych może następować wskutek zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia lub efektu fotonicznych przerw wzbronionych. Sposób propagacji światła może być przestrajany dynamicznie, jeśli mikro otwory światłowodu fotonicznego zostaną wypełnione ciekłymi kryształami domieszkowanymi nanocząstkami, co przekładać się może na poszerzenie wachlarza potencjalnych zastosowań światłowodów fotonicznych. Ten rodzaj struktur fotonicznych określany jest mianem ciekłokrystalicznych światłowodów fotonicznych, których właściwości elektro-optyczne mogą być przestrajane przez zewnętrzne czynniki fizyczne takie jak temperatura, naprężenia, ciśnienia, pola elektryczne i magnetyczne.

W niniejszym projekcie główny nacisk zostanie położony na rozwój nowej innowacyjnej klasy układów optofluidycznych składających się z mikrostrukturalnych światłowodów wypełnionych ciekłymi kryształami domieszkowanymi metalicznymi nanocząstkami, co pozwoli na poprawę efektywności przestrajania polem elektrycznym, a w dalszej perspektywie na nowe zastosowania układów optofluidycznych. Początkowa faza projektu skupiać się będzie na zdefiniowaniu i opracowaniu założeń (i) nowej klasy materiałów ciekłokrystalicznych, (ii) światłowodów fotonicznych oraz (iii) zaprojektowaniu i rozwoju nowych systemów optofluidycznych na dalszych etapach projektu. Podczas gdy oddziaływanie światła z ciekłymi kryształami może być wykorzystywane na wiele sposobów, to w przypadku ciekłokrystalicznych urządzeń optofluidycznych kluczową kwestią jest odpowiedni dobór materiału ciekłokrystalicznego i struktury światłowodowej. Główne zadanie projektu obejmuje wybór, przygotowanie i charakteryzację metalicznych nanocząstek do zastosowań w wytwarzaniu światłowodów fotonicznych wypełnionych ciekłymi kryształami domieszkowanymi nanocząstkami. W szczególności zastosowanie tych niestandardowych materiałów ma na celu skrócenie czasów przełączania i obniżenia progu Fredericksa w materiale ciekłokrystalicznym. W końcowej fazie projektu przeprowadzona zostanie optymalizacja materiałów ciekłokrystalicznych domieszkowanych nanocząstkami i konfiguracja światłowodów fotonicznych celem wykonania światłowodowych demonstratorów nowej technologii. Dodatkowo przeprowadzone zostaną badania nad otrzymaniem kontrolowanej orientacji molekuł ciekłokrystalicznych domieszkowanych nanocząstkami wewnątrz struktury światłowodu fotonicznego.

Podsumowując, głównymi celami projektu są: (i) zdefiniowanie, selekcja i charakteryzacja nanocząstek, ciekłych kryształów nowej generacji oraz światłowodów fotonicznych o odpowiednich właściwościach potrzebnych do stworzenia nowej klasy urządzeń optofluidycznych o zwiększonej efektywności przestrajania polem elektrycznym, (ii) zaprojektowanie (wsparte obliczeniami numerycznymi) i wykonanie światłowodów fotonicznych wypełnionych ciekłymi kryształami domieszkowanymi nanocząstkami, (iii) badania eksperymentalne mające na celu zweryfikowanie założonej zwiększonej efektywności przestrajania zewnętrznym polem elektrycznym, (iv) optymalizacja materiałów ciekłokrystalicznych, struktur światłowodów fotonicznych oraz demonstratorów.

Rezultatami niniejszego projektu będzie wykonanie nowoczesnych światłowodowych demonstratorów technologii o zwiększonej przestrajalności polem elektrycznym, dzięki zastosowaniu nowatorskich materiałów ciekłokrystalicznych domieszkowanych nanocząstkami.

Główną zaletą proponowanego rozwiązania jest jego zwięzłość, prostota i stosunkowo niskie koszty technologiczne, wynikające głównie z dostępu do szerokiej