Dispositifs optiques commutables avancés à base de cristaux liquides pour les applications de protection contre la lumière

La vie humaine est inextricablement liée à la lumière. Les développements scientifiques et technologiques ont accru la popularité de la lumière artificielle et diversifié l’utilisation de la lumière du soleil. Cependant, un rayonnement lumineux inapproprié peut être nocif pour la santé et le bien-être humains. En tant que canaux importants pour la lumière extérieure, les fenêtres jouent un rôle essentiel dans la régulation de la lumière dans les bâtiments, les véhicules et les avions.

Il existe un besoin pour des fenêtres avec des propriétés optiques commutables pour empêcher ou atténuer les dommages ou les interférences de l’œil humain et des instruments sensibles à la lumière par un rayonnement optique inapproprié. Ces dernières années, les matériaux intelligents ont connu un développement rapide et les matériaux transparents capables de fournir des propriétés optiques commutables ont attiré beaucoup d’attention de la part des chercheurs. Dans ce contexte, les cristaux liquides (LC), en raison de leur riche réactivité et de leurs propriétés optiques uniques, ont été considérés parmi les meilleurs candidats pour les matériaux avancés de protection contre la lumière.

Dans un nouvel article intitulé « Dispositifs optiques commutables à base de cristaux liquides avancés pour les applications de protection contre la lumière : principes et stratégies », publié dans Sciences de la lumière et applicationsune équipe de scientifiques dirigée par le professeur Jiaqi Zhu du Laboratoire clé de fabrication de microsystèmes et de microstructures de Chine, ministère de l’Éducation, discute des progrès de la recherche et des défis des matériaux à cristaux liquides dans le domaine de la protection contre la lumière.

Ils discutent d’abord de l’environnement lumineux spécifique auquel est confronté la protection contre la lumière basée sur LC et des stratégies de protection contre la lumière existantes. Selon la source, le rayonnement lumineux peut être classé comme lumière naturelle ou lumière artificielle. La lumière du soleil a une large gamme de longueurs d’onde (250 nm-2500 nm), un grand changement d’angle de rayonnement et une grande zone d’irradiation. La lumière laser a une puissance élevée, une longueur d’onde étroite et des caractéristiques de réponse rapide. D’autres éclairages à haute intensité, tels que les puits de lumière et les projecteurs, ont le même taux de réponse que les lasers et une plage spectrale plus large que les lasers. Les matériaux LC présentent une supériorité en termes de temps de réponse et de bande passante de protection par rapport aux matériaux conventionnels à changement de couleur contrôlé électroniquement. Les matériaux LC sont d’excellents candidats pour la protection contre la lumière car ils présentent des avantages significatifs par rapport aux matériaux thermochromiques conventionnels en termes de température de stimulation et de taux de transmission de la lumière visible.

Deuxièmement, les chercheurs introduisent plusieurs classes de principes de modulation de la lumière basés sur des matériaux à cristaux liquides. Du point de vue de l’énergie lumineuse, il existe trois types de principes de photoprotection pour les LC : 1) conversion de l’énergie lumineuse incidente en d’autres formes d’énergie ; 2) transfert d’énergie lumineuse incidente à travers des trajets réfléchis ; et 3) transfert d’énergie lumineuse incidente à travers des chemins de diffusion. Ils discutent des caractéristiques, des avantages et des applications de chacun de ces trois types de principes de protection contre la lumière pour les dispositifs de protection contre la lumière.

Enfin, ils discutent des stratégies actuelles de protection contre la lumière basées sur des matériaux à cristaux liquides pour différentes applications, ainsi que des problèmes et des lacunes des stratégies actuelles. En présence d’environnements optiques complexes, une protection complète nécessite souvent que plusieurs mécanismes soient couplés. Les chercheurs proposent des recommandations pour des stratégies de protection contre la lumière dans différents environnements lumineux. Lors de l’application de dispositifs de protection contre la lumière aux véhicules, il est nécessaire de se concentrer sur les stratégies de protection contre la lumière transitoire ; tandis que pour les bâtiments, des stratégies de protection contre la lumière à long terme sont appropriées.

Bien que plusieurs types de dispositifs de protection contre la lumière pour LC aient été étudiés, ceux pour des applications pratiques sont encore très limités. Premièrement, il est difficile de développer des dispositifs de protection contre la lumière basés sur LC qui s’adaptent à différents environnements externes pendant un fonctionnement stable à long terme. Les dispositifs de protection contre la lumière matures pour les LC doivent avoir une tolérance élevée au rayonnement UV et une stabilité électrochimique. Deuxièmement, dans les installations commerciales actuelles, il y a un manque de dispositifs de protection contre la lumière basés sur LC qui s’adaptent de manière flexible aux exigences de protection pour différents environnements externes. Troisièmement, ces technologies sont confrontées au défi d’assurer une bonne stabilité et homogénéité pour les applications commerciales.

Les chercheurs s’attendent à ce que des recherches approfondies sur une nouvelle génération de matériaux limiteurs optiques intelligents résolvent les problèmes ci-dessus. Ils proposent des matériaux de limitation optique intelligents pour résoudre complètement les problèmes ci-dessus. La flexibilité programmable et l’auto-adaptation seront essentielles dans la réalisation de matériaux optiques pour de nouvelles demandes. Ce système fournira non seulement une protection contre plusieurs bandes de longueurs d’onde, mais répondra également rapidement dans des environnements complexes, protégera l’ensemble du spectre UV-visible-infrarouge, fournira une protection à haute résistance dans certaines bandes et aura une longue durée de vie. Le système devrait bien fonctionner à condition que l’appareil soit stable sous une lumière incidente à haute puissance et consomme de petites quantités d’énergie dans l’état de protection à long terme.