反式液晶-聚合物分散薄膜的制備及光電性能研究.pdf

1、液晶/聚合物分散(liquid crystal/polymer dispersion，LCPD)光電薄膜是近20年發(fā)展起來(lái)的新型功能薄膜材料。LCPD光電薄膜可以應(yīng)用于多種光電器件，如智能變色窗、濾波器、光開(kāi)關(guān)等。并因其經(jīng)濟(jì)易制而逐漸表現(xiàn)出較常規(guī)扭曲向列型液晶器件更大的發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)勢(shì)，因此，引起了液晶界的廣泛關(guān)注。LCPD光電薄膜根據(jù)液晶和聚合物比例不同，可分為聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid cryst

2、al，PDLC)與聚合物穩(wěn)定液晶(polymer stabilizedliquid crystal，PSLC)兩種。 LCPD薄膜光電變色主要依賴于液晶的光、電各向異性。電場(chǎng)下液晶取向從而改變液晶的折射率，造成體系光散射程度的不同達(dá)到變色的效果。和通常的LCPD分散薄膜相反，反式LCPD薄膜在電場(chǎng)下為不透明態(tài)，在無(wú)電場(chǎng)下為透明態(tài)。這對(duì)大多數(shù)時(shí)間需要透明態(tài)的光電器件來(lái)說(shuō)，更加經(jīng)濟(jì)和方便。因此，反式光電薄膜的研究成為當(dāng)今LCPD薄膜

3、領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。但目前反式薄膜都需要特種液晶作為材料，如膽甾液晶、負(fù)性液晶、雙頻液晶等。而目前生產(chǎn)最易，成本最低的卻是正介電異向性(△ε>0)向列液晶。因此本文提出了一種新型反式模式——平行PSLC光電薄膜，利用向列液晶即可制備出成本更加低廉的反式光電薄膜。 本文設(shè)想該平行PSLC光電薄膜變色機(jī)理為：在無(wú)電場(chǎng)時(shí)，液晶在取向膜作用下平行基板排列。由于折射率趨近一致使薄膜透光率較高。當(dāng)在薄膜上施加電場(chǎng)后，部分沒(méi)有被聚合物網(wǎng)絡(luò)限制的液

4、晶分子由于介電異向性沿電場(chǎng)排列，另一部分限制在網(wǎng)絡(luò)中的液晶則依然維持原來(lái)的平行基板狀態(tài)，折射率的差異造成薄膜的透光率下降，實(shí)現(xiàn)了光電薄膜的反式效果。選用5CB做為液晶材料，分別合成了含柔性鏈的可聚合丙烯酸單體4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯和不含柔性鏈的甲基丙烯酸-4′-(4-氰基聯(lián)苯)酯作為薄膜基體材料，制備了平行PSLC薄膜。并通過(guò)核磁共振氫譜(<'1>HNMR)對(duì)合成單體進(jìn)行表征，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)和偏光顯微鏡(

5、POM)對(duì)薄膜的光電性能進(jìn)行了測(cè)試。本文同時(shí)討論了柔性鏈、固化時(shí)間、溫度、配方對(duì)光電薄膜性能的影響。 通過(guò)對(duì)比兩種基體對(duì)薄膜透光率和光電性質(zhì)的影響，可以看出使用單體4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯作為基體材料制備的薄膜在斷電狀態(tài)下具有高的透光率，通電狀態(tài)下有較低的透光率，實(shí)現(xiàn)了較好的反式效果。通過(guò)偏光POM照片看出，單體4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯中的極性棒狀基團(tuán)可以在固化過(guò)程中與液晶共同在取向?qū)?/p>

6、作用下取向，而不會(huì)破壞液晶分子的排列，使體系具有均一的折射率。因此盡管聚4′-(4-氰基苯基)苯氧基丁基-甲基丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸-4′-(4-氰基聯(lián)苯)酯折射率接近，但使用前者得到的反式薄膜的透光率比后者高得多。薄膜的紫外引發(fā)相分散在冰浴中進(jìn)行，與在常溫下進(jìn)行相分散相比，由于溫度較低，使聚合速度減慢，通過(guò)8小時(shí)以上的固化，可以得到相分散較好的PSLC光電薄膜。隨著固化時(shí)間增加，聚合物網(wǎng)絡(luò)變牢固，對(duì)液晶錨定能越大，薄膜的閾值電壓升高，