Dépassement de la limite de réflexion de la lumière des cristaux liquides cholestériques : de Plusiotis resplendens aux gels à inversion d'hélicité

RésuméDe par sa structure hélicoïdale, un cristal liquide cholestérique (CLC) réfléchit sélectivement la lumière lorsque sa longueur d'onde est de l'ordre du pas hélicoïdal. La lumière réfléchie est limitée à 50% de la lumière ambiante, non polarisée, parce que seule une lumière polarisée circulairement dans le même sens que l'hélice est réfléchie. Nous rapportons la voie d'élaboration et les propriétés d'un gel de CLC pour lequel la limite de réflexion est dépassée dans le domaine infrarouge. Des mésogènes photopolymérisables sont mélangés à un CLC présentant la propriété d'inversion d'hélicité induite en température ; le mélange est ensuite irradié par lumière ultraviolette lorsque l'hélice est de sens droit. La quantité de lumière réfléchie dépasse 50% lorsque la mesure est réalisée à la température pour laquelle, avant réaction, l'hélice a un pas sensiblement identique, mais un sens gauche. Il est montré par microscopie électronique à balayage que l'organisation de la mésophase est transférée sur la structure du réseau. La structure du gel est discutée comme celle d'un réseau polymère associé à deux populations de molécules de CL. Chacune d'elles est caractérisée par une bande de réflexion de lumière polarisée circulairement, qui est réfléchie sélectivement. De nouvelles possibilités pour moduler la réflexion sur toute l'échelle de la lumière incidente sont offertes. Des applications potentielles concernent la gestion de la lumière et de la chaleur solaires par des vitrages intelligents à CL ou les écrans réflecteurs sans polariseur avec une gamme plus large de niveaux de réflexion.

Beyond the reflectance limit of cholesteric liquid crystals: from Plusiotis resplendens to helicity-inversion gels. Due to its helical structure, a cholesteric liquid crystal (CLC) selectively reflects the light when its wavelength matches the helical pitch. The reflectance is limited to 50% of ambient, unpolarized light, because circularly polarized light of the same handedness as the helix is reflected. We report the elaboration procedure and the properties of a CLC gel for which the reflectance limit is exceeded in the infrared region. Photopolymerizable mesogens are introduced in the volume of a CLC exhibiting a thermally induced helicity inversion, and the blend is then cured with ultraviolet light when the helix is right-handed. The reflectance exceeds 50% when measured at the temperature assigned at a cholesteric helix with practically the same pitch, but a left-handed sense before reaction. From scanning electron microscopy investigations, it is shown that the organization of the mesophase is transferred onto the structure of the network. The gel structure is discussed as consisting of a polymer network with a helical structure containing two populations of LC molecules. Each of them was characterized by a band of circularly polarized light, which is selectively reflected. Novel opportunities to modulate the reflection over the whole light flux range are offered. Potential applications are related to the light and heat management for LC smart windows or reflective polarizer-free displays with a larger scale of reflectivity levels.