据Gizmag网站报导，这项研究是“定向组件”纳米技术的重要进展，科学家通过指定起始条件，让物理和化学过程进行组装工作，并打造出微小结构。
要想用液晶制造透镜，研究人员需要在透明液晶池里植入微小的矽珠，以得到“缺陷图案”，这是一种有用的在液晶中发生的重复图案，呈现为纳米级网格和圆环。新的研究尝试从一个更简单的模板产生一种更复杂的图案：花形的三维阵列。围绕“缺陷图案”液晶以分层的方式形成花瓣状的形状，从而产生类似昆虫复眼的花状结构。因为这种“花”的花瓣由透明液晶制成，从中心点呈圆形扩散，整体类似一个复眼，因此可以用作透镜。
液晶池面被种子扭曲后，围绕一个（或双）种子微粒产生的蝶花纹理(Photo:University of Pennsylvania)
放大镜下的液晶花儿(Photo:University of Pennsylvania)
这种液晶应用是纳米技术方兴未艾的领域，科学家和工程师的目标是制造最小尺度的结构，而不必单独地操纵各组成部份。相反，精确定义初始条件，让这些组件发生的物理和化学反应做完余下的工作。
研究人员早期实验的起始条件是在模板上放置微小柱体。研究中发现，改变这些柱体的大小、形状或间距会导致它们之上液晶表面“缺陷图案”发生相应变化。在另一项实验中，他们发现，可以围绕个别柱体制作“呼啦圈”缺陷，然后将“呼啦圈”作为第二个模板，在表面产生缺陷环。
 放大镜下的液晶花儿 (Photo: University of Pennsylvania) |
 科学家种植液晶花状结构，创建昆虫复眼一样复杂的镜头(Photo: University of Pennsylvania) |
宾大艺术与科学学院物理学和天文学教授Randall Kamien解释说，“这就像我们小时做冰糖一样，糖自然会产生结晶，但是你需要在糖里放进一个东西（通常是一根棍子或绳子），让它出现在你想要它出现的地方。我们是在更小的尺寸下进行这个做法。我们利用了向材料里加入绳索就能形成有序结构的特性。就像人工养殖珍珠，在牡蛎壳里放进一颗种子，它自然会产生珍珠层包裹种子。”
 纳米颗粒覆盖区域蝶花纹理，由纳米粒子耗尽区包围（(Photo: University of Pennsylvania) |
 含有纳米颗粒的蝶花纹理(Photo: University of Pennsylvania) |
透 明液晶形成的每个花瓣都可以充当透镜，因为光可以与它的弯曲表面交互作用。因为可以操纵单个透镜，使它们直径达到几微米至数十微米，就可能创建几十微米到毫米大小的透镜集合“花儿”，该技术使人们有可能种植出复杂如蜻蜓眼睛的液晶眼睛，蜻蜓眼睛有数百万球面透镜，使它能够堆叠大量的图像并转换成3D图像。
宾大工程学院材料科学与工程教授杨淑（Shu Yang）说，“研究人员试图制造这样的复眼，可用于相机或探测器。但是不可能一步到位制造出数百万的眼睛，也不便宜。而自组装式透镜花朵却有可能一步到位创建复眼，我们则可以控制模板的曲率，就是说，我们可以首先确定种植种子的方式，以确定如何将透镜聚合在一起，数量有多少，有何种形状。”
弯曲表面上的近晶相液晶缺陷层弯曲入锥阵列中，大小呈径向变化(Photo: University of Pennsylvania)
以这种方式种植透镜提供了许多令人兴奋的可能性。在一个单一透镜眼睛里，可以从中心至边缘改变尺寸，这个功能对某些类型的应用非常有用。生物传感器可以从很多镜头同时收集信息。由于透镜在液晶中形成，液晶又是很容易重新配置的材质，有可能制造可自我修复可重新配置的光学装置。
宾大工程学院工程化学和生物分子工程教授斯泰皮（Kathleen Stebe）说，“我们可以制造出能够拍摄全部表面的廉价镜头，可以从许多点传输图像，并通过算法进行重建，提供给人更高的分辨率，可制造柔性衬底摄像头，弯曲基板镜头。”
创建新的合成超材料，由其中各组分的排列和形状来决定它的物理性质，将成为可能。
杨淑说，“我们也有兴趣研究动态改变超材料的物理特性，可以通过调节种子的形状和布局来实现。这些材料可用来创建超级透镜，它可以生成比光波长小得多的完美影像，也可以制造药物制放系统、机械超材料形状和声学隐形斗篷。”
该小组预计在未来10年之内，这些透镜可用于液晶显示器。
研究结果发表在物理评论X（Physical Review X）上。
大纪元记者沙莉编译报导
责任编辑：毕儒宗
