液晶蓝相态通常存在于各向同性相和手性向列相之间一段非常狭窄的温度区域，由独特的扭曲双螺旋结构和它们之间的缺陷构成。相对于传统的液晶材料，蓝相液晶在显示、相位调制器以及光子学领域具有一系列的优点：其亚毫秒级的响应速度可以消除彩色场序列显示中的色彩断裂现象，并使这种低能耗显示技术有望实现；由于其分子自组装结构，器件结构无需配向层，省掉摩擦工艺，从而简化液晶器件的制备工艺；无外加电场时，宏观上，蓝相液晶呈现光学各向同性，从而使其显示器件具有完美的黑态，并且在无需补偿膜的情况下，不存在视野角的问题。自然状态下，蓝相液晶稳定存在的温度范围只有1～2 oC，这曾经是蓝相液晶应用方面最大的技术挑战。近些年，一系列改善蓝相液晶热稳定性的方法被提出，例如：氢键自组装法、双基元液晶互混法、纳米掺杂法、聚合物网络稳定法等等，其中聚合物网络稳定法对蓝相液晶热稳定性改进最佳，并把蓝相液晶稳定存在的温宽拓宽到60 oC以上。但是，聚合物稳定蓝相液晶在实际应用方面仍然面临诸多的技术挑战，诸如：驱动电压过高、磁滞效应、残留双折射等问题。另外，基于蓝相液晶优异的光电特性，蓝相液晶器件在应用方面还有待于进一步的探索。　　基于聚合物稳定蓝相液晶材料和器件方面存在的问题，本文从材料和器件两个方面对聚合物稳定蓝相液晶进行了研究。针对聚合物稳定蓝相液晶材料的组份及其制成，材料方面的主要工作有：a)深入分析了聚合物网络对蓝相液晶特性热稳定性改进的原理，通过分析聚合物小分子单体和光聚合过程对蓝相液晶光电特性影响，研究了聚合物稳定蓝相液晶高驱动电压的来源；b)针对聚合温度、聚合时间等聚合工艺对聚合物稳定蓝相液晶材料光电特性的影响，详细分析了蓝相液晶的生长过程和聚合物网络对蓝相液晶的稳定机理，从而为改善聚合物稳定蓝相液晶的光电特性提出理论指导；c)通过对比不同化学结构的聚合物小分子单体对聚合物稳定蓝相液晶光电特性的影响，对引起高驱动电压的机理进行研究，并且提出了一种可以同时改进驱动电压和响应时间的新型聚合物网络体系；d)针对纳米掺杂和聚合物网络对蓝相液晶的优势，通过研究掺杂聚苯胺官能化的石墨烯纳米片对蓝相液晶特性的影响，给出了一种降低驱动电压的方法。基于蓝相液晶材料优异的光电特性，结合对器件结构的设计，本文在器件方面的主要工作有：a）设计给出了两种新型的蓝相液晶半透半反显示器件；b)利用全息曝光的方式，提出两种新型的制备蓝相液晶菲涅尔透镜的方法；c)给出了一种新型的1D/2D自由切换的聚合物稳定蓝相液晶光栅器件。另外，根据蓝相液晶的双扭曲螺旋结构，首次提出了基于多维度扭曲球的球状相液晶结构理论，并通过实验验证了其存在，填充了从双扭曲螺旋到各向同性态之间的空缺，完善了液晶构成的理论。　　论文的主要研究成果和创新点如下：　　1、针对目前聚合物稳定蓝相液晶存在的不足，基于聚合物网络对蓝相液晶光电特性的影响，通过对比聚合物小分子单体掺杂前后和光聚合前后蓝相液晶光电特性，论文给出了聚合物稳定蓝相液晶高驱动电压的原因。论文指出掺杂聚合物小分子单体以后，由于聚合物稳定蓝相液晶前驱体中手性剂含量的相对减少，使得蓝相液晶的螺距相对增大，从而提高了蓝相液晶的驱动能力；光聚合前后，蓝相液晶的螺距不变，但是聚合物网络增加了聚合物稳定蓝相液晶体系的弹性常数，因此，光聚合后其驱动能力下降。　　2、通过分析聚合时间和聚合温度对聚合物稳定蓝相液晶特性的影响，给出了蓝相液晶形成和聚合物稳定蓝相液晶的物理机制。论文指出蓝相液晶的形成过程存在一个由降温速率决定的临界温度，该临界温度直接决定聚合物稳定蓝相液晶的热稳定性和光电特性；聚合时间直接决定蓝相液晶的晶格常数，即聚合时间直接影响聚合物稳定蓝相液晶材料的光学和电学特性。　　3、通过分析不同结构的聚合物网络对聚合物稳定蓝相液晶的光电特性的影响，如：驱动电压、磁滞效应、残留双折射和响应时间等。论文指出基于聚合物网络的锚定作用，随着聚合物网络刚性程度的增大，聚合物稳定蓝相液晶的驱动电压增大，响应速度变快、磁滞效应和残留双折射被抑制。最终，论文提出了一种可以同时改进聚合物稳定蓝相液晶材料的驱动电压和响应时间的新型聚合物体系。　　4、基于纳米掺杂和聚合物网络对蓝相液晶热稳定性和光电特性的影响，论文通过掺杂聚苯胺官能化的石墨烯纳米片改善了聚合物稳定蓝相液晶驱动电压。论文指出掺杂0.05 wt％的聚苯胺官能化的石墨烯纳米片，聚合物稳定蓝相液晶的驱动电压可以降低55%，并且其响应速度、磁滞效应和残留双折射均保持不变。　　5、基于蓝相液晶优异的光电特性，本文设计了两种新型的半透半反液晶显示器件。与传统的蓝相液晶透射区域和反射区域使用两套电极结构相比，新提出的器件结构通过使透射和反射区域公用一套驱动结构简化制作工艺；同时，由于在电极上方设置了反射区域，从而成倍地提高了光学效率。　　6、利用干涉曝光的方法，提出了两种制作蓝相液晶菲涅尔透镜的方法：直接曝光法和三步曝光法。利用直接曝光的方法制备蓝相液晶菲涅尔透镜具有工艺简单和宽温域的蓝相液晶等优点，但是其聚焦效果不理想；利用三步曝光法制备的蓝相液晶菲涅尔透镜具有快速响应、高衍射效率、很好的聚焦效果等优点。　　7、基于聚合物稳定蓝相液晶优势，设计了一类新型的1D/2D可以自由切换的电诱导聚合物稳定蓝相液晶光栅，该光栅具有较高的衍射效率、较深的相位调制和很快的切换速度。通过调节上下电极上的电压，可以实现二维空间光的自由调制。　　8、针对目前液滴状液晶复合材料存在的问题和蓝相液晶的产生原理，本文利用手性剂诱导液晶分子自组装的方式，成功诱导出一种具有球状结构的液晶相态-球状相。并针对其热稳定性问题，利用聚合物稳定的方法成功将其稳定存在的温宽拓宽到包括室温在内的85 K以上。