CN100516983C - 一种双向温控光学开关材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双向温控光学开关材料，可以通过调节环境温度来实现材料对红外光谱反射状态的控制，属于高分子分散液晶材料领域。由可聚合单体/向列相液晶/手性化合物/光引发剂组成的混合物，在不同的温度下聚合具有不同的开关状态。本发明的的优点在于：由于诱导手性向列相液晶的螺距随温度升高先增大后减小的特性及高分子骨架对液晶分子的锚定作用，使这种高分子分散液晶材料拥有了双向光学开关的特性。这种新异的性质有希望用于温敏光学元件控制领域。

Description

一种双向温控光学开关材料
技术领域
本发明属于高分子分散液晶材料领域，特别提供了一种双向温控光学开关材料，有希望用于温敏光学元件控制领域。
背景技术
聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal以下简称PDLC)，是最新发展起来的能够显示信息的平板显示器件。PDLC是一种新型的光控制薄膜，它是将小分子液晶以微滴的形态分散在聚合物基体中，在外场(如交流电场、热场等)作用下，这种薄膜或液晶盒能够呈现投射和散射等不同的的光学状态。由于可以通过外场对PDLC光学性质有特别的影响，并且它具有亮度高、制作简单、制造成本低的优点，有着广阔的应用前景。
目前PDLC在光学开关方面的应用，仅限于含有光敏性的PDLC材料，例如偶氮苯的衍生物，其构型随着紫外光会发生顺反异构，因此带动液晶分子的取向发生调整，结果使其对光线的反、透射状态发生改变。而通过改变PDLC的反射波带宽度，来改变其对光线反、透射状态的控制，实现双向光学开关的特性还没有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双向光学开关材料，具有优良的光学和化学稳定性，并且在不同的温度下引发交联会得到不同的开关状态。
一种双向温控光学开关材料，制备步骤分三步：
1.液晶盒的制备：用3％的聚乙烯醇水溶液，通过旋涂的方法涂在玻璃基板的一面，在80℃烘烤30分钟，然后用绒布沿一个方向摩擦取向。将两块取向好的玻璃基板沿取向方向用厚度为100μm的聚乙烯垫片粘接，制成沿面取向的液晶盒。
2.聚合物分散液晶的制备：将手性掺杂物，与手性助剂，向列相液晶，可聚合液晶单体和光引发剂混合，手性掺杂物为(-)1，2-(4-(4’-丙基环己基)苯甲酸)丙二醇酯，手性助剂为(-)1，2-(4-(4’-丙基环己基)苯甲酸)苯基乙二醇酯，向列相液晶为4-戊基联苯氰和4-庚基联苯氰，可聚合单体为对(6-丙烯酰氧基-1-己氧基)苯甲酸邻甲基对苯二醇酯，光引发剂为2，2-甲氧基-1，2-二苯乙酮。混合物的质量百分比为：手性掺杂物13.5-20.6％，手性助剂0-4.0％，向列相液晶：4-戊基联苯氰44.3-48.8％，4-庚基联苯氰30.7-33.9％，可聚合单体3.0-5.0％，光引发剂0.8-1.0％，混合条件：室温下避光搅拌30分钟。表1为聚合物分散液晶原料组成的化学结构式。
3.将混合物在虹吸作用下注入液晶盒内，于294.2K下用波长为365nm，功率为0.1mW/cm2的紫外灯照射10分钟，得到所要聚合物分散液晶材料PDLC1；于307.2K下用波长为365nm，功率为0.1mW/cm2的紫外灯照射10分钟，得到所要聚合物分散液晶材料PDLC2。
当在294.2K温度下引发聚合时得到PDLC1。随着温度从273.2K升高到294.2K，其反射波段逐渐变窄；当温度进一步从294.2K升高到307.2K时，其反射波段又逐渐变宽。所以随着温度的逐渐升高，对于特定波段的左旋圆偏振光来说，PDLC1先后呈现了“反射-透射-反射”(“ON-OFF-ON”)这种双向开关状态。
当在307.2K温度下引发聚合时得到PDLC2。随着温度从273.2K升高到294.2K，其反射波段逐渐变宽，当温度进一步从294.2K升高到307.2K时，其反射波段又逐渐变窄。所以随着温度的逐渐升高，对于特定波段的左旋圆偏振光来说，PDLC2先后呈现了“透射-反射-透射”(“OFF-ON-OFF”)这种反向的双向开关状态。
本发明优点：制备了一种全新的光学开关模式，为PDLC提供了一个新的可能的应用领域。
附图说明
图1为在294.2K下引发交联得到聚合物PDLC1在不同温度下的反射率图
图2为该PDLC1的开关示意图，LCPL(左旋圆偏振光，Left Circular PolarizedLight)
图3为在307.2K下引发交联得到聚合物PDLC2在不同温度下的反射率图
图4为PDLC2的开关示意图，LCPL(左旋圆偏振光，Left Circular PolarizedLight)
具体实施方式
液晶盒的制备：用3％的聚乙烯醇水溶液，通过旋涂的方法涂在玻璃基板的一面，在80℃烘烤30分钟，然后用绒布沿一个方向摩擦取向。将两块取向好的玻璃基板沿取向方向用厚度为100μm的聚乙烯垫片粘接，制成沿面取向的液晶盒。
聚合物分散液晶的制备：将混合物(质量比18.7％的(-)1，2-(4-(4’-丙基环己基)苯甲酸)丙二醇酯，1.4％的(-)1，2-(4-(4’-丙基环己基)苯甲酸)苯基乙二醇酯，44.3％的4-戊基联苯氰和30.7％的4-庚基联苯氰，4.0％的对(6-丙烯酰氧基-1-己氧基)苯甲酸邻甲基对苯二醇酯可聚合单体，0.9％的2，2-甲氧基-1，2-二苯乙酮)于室温下避光搅拌30分钟。
将混合物在虹吸作用下注入液晶盒内，于294.2K下用波长为365nm，功率为0.1mW/cm2的紫外灯照射10分钟，得到所要聚合物分散液晶材料PDLC1；于307.2K下用波长为365nm，功率为0.1mW/cm2的紫外灯照射10分钟，得到所要聚合物分散液晶材料PDLC2。
当在294.2K温度下引发聚合时得到PDLC1。随着温度从273.2K升高到294.2K，其反射波段逐渐由宽变窄，从反射900-2200nm到反射1900-2200nm(图1)；当温度进一步从294.2K升高到307.2K时，其反射波段又逐渐由窄变宽，从反射1900-2200nm到700-2200nm。所以随着温度的逐渐升高，对于900-1900nm的左旋圆偏振光来说，PDLC1先后呈现了“反射-透射-反射”(“ON-OFF-ON”)这种双向开关状态(图2)。
当在307.2K温度下引发聚合时得到PDLC2。随着温度从273.2K升高到294.2K，其反射波段逐渐由窄变宽，从反射700-990nm到反射700-2200nm(图3)；当温度进一步从294.2K升高到307.2K时，其反射波段又逐渐由宽变窄，从反射700-2200nm到700-800nm。所以随着温度的逐渐升高，对于990-2200nm的左旋圆偏振光来说，PDLC2先后呈现了“透射-反射-透射”(“OFF-ON-OFF”)这种反向的双向开关状态(图4)。
表1
Figure C20071017791500061

Claims (1)

1.一种双向温控光学开关材料，其特征在于制备步骤分三步：
(1).液晶盒的制备：用3％的聚乙烯醇水溶液，通过旋涂的方法涂在玻璃基板的一面，在80℃烘烤30分钟，然后用绒布沿一个方向摩擦取向；将两块取向好的玻璃基板沿取向方向用厚度为100μm的聚乙烯垫片粘接，制成沿面取向的液晶盒；
(2).聚合物分散液晶的制备：将手性掺杂物，与手性助剂，向列相液晶，可聚合液晶单体和光引发剂混合；手性掺杂物为(-)1，2-(4-(4’-丙基环己基)苯甲酸)丙二醇酯，手性助剂为(-)1，2-(4-(4’-丙基环己基)苯甲酸)苯基乙二醇酯，向列相液晶为4-戊基联苯氰和4-庚基联苯氰，可聚合单体为对(6-丙烯酰氧基-1-己氧基)苯甲酸邻甲基对苯二醇酯，光引发剂为2，2-甲氧基-1，2-二苯乙酮；混合物的质量百分比为：手性掺杂物13.5-20.6％，手性助剂0-4.0％，向列相液晶：4-戊基联苯氰44.3-48.8％，4-庚基联苯氰30.7-33.9％，可聚合单体3.0-5.0％，光引发剂0.8-1.0％，混合条件：室温下避光搅拌30分钟；
(3).将混合物在虹吸作用下注入液晶盒内，于294.2K下用波长为365nm，功率为0.1mW/cm2的紫外灯照射10分钟，得到具有“反射-透射-反射”(“ON-OFF-ON”)双向开关特性的聚合物分散液晶材料；于307.2K下用波长为365nm，功率为0.1mW/cm2的紫外灯照射10分钟，得到具有“透射-反射-透射”(“OFF-ON-OFF”)反向双向开关特性的聚合物分散液晶材料。
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一种新型PDLC薄膜电-光性能的研究. 王立波，曹晖，杨海莲，张立培，魏强，马征，张卫东，耿君，杨槐.材料导报，第20卷第6期. 2006
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采用柔性ITO导电膜制备聚合物分散液晶PDLC光开关. 董大明，刘官元，张占山，张雪峰，晋伟，阙耀华.包头钢铁学院学报，第25卷第1期. 2006
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