CN105676489A - 一种基于电响应的红外反射器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电响应的红外反射器件及其制备方法，将手性掺杂剂、手性单体、光引发剂、紫外光吸收剂与负性液晶混合，得到液晶混合物，把液晶混合物填充至两块可接入电压的透光基板之间，紫外光自第一透光基板一侧照射液晶盒，光引发剂在紫外光的作用下促使手性单体聚合成手性聚合物网络，产生的手性聚合物网络浓度存在浓度梯度，即手性单体浓度存在浓度梯度，从而形成了负性液晶螺旋结构的螺距梯度，可以得到宽的反射红外光的带宽。而手性聚合物网络能够捕捉液晶混合物中的杂质阳离子，在基板通电的状态下，杂质阳离子带动手性聚合物网络移动，使手性单体浓度梯度减小，螺距梯度减小，从而实现了带宽由宽变窄的目的。
Description
技术领域
本发明涉及红外反射器件，尤其涉及一种基于电响应的红外反射器件。
背景技术
建筑的室内环境和居住者的健康有着十分密切的关系。于是，人们广泛的使用暖气、通风设备、空气调节设备，使其拥有一个潮湿的室内环境。随着人们对这些设备的使用，不仅导致了二氧化碳的排放量增加，而且对环境产生了十分不利的影响。于是，建筑外壳技术开始发挥重要作用，大量的创新方法也开始出现。人们尝试在建筑外壳上装百叶窗、遮光器、液晶窗户和无机涂料，可是，这些技术既不能调节室内温度，也不能吸收和反射可见光，无法满足人们想要改变室内环境的需求。
人们开始关注对窗户的设计，希望其能控制对太阳光的吸收和反射，实现人们想要的舒适的室内环境。人们发现，红外反射片在电压的应用下，具有透射和反射性能，使其在低温下透过红外光，在高温下反射红外光。胆甾型红外反射窄带能够帮助减少热量透过窗户。制作这样一个窗户可以在夏季反射太阳光，在冬季透过太阳光。它在整个可见光区域是透明的，无需照明，还可节能。然而，超过75％的光是红外光。这个缺点不利于镀膜玻璃在世界范围内进行普及与广泛应用的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电响应的红外反射器件。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于电响应的红外反射器件，包括相对设置的第一透光基板和第二透光基板以及电源组件，所述第一透光基板与所述电源组件的正极电性连接，所述第二透光基板与所述电源组件的负极电性连接，所述第一透光基板和所述第二透光基板之间封装形成调节区，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物中包括负性液晶、手性掺杂剂、光引发剂、紫外光吸收剂和手性聚合物网络，所述手性聚合物网络是由所述光引发剂引发所述手性单体聚合而成的网络状手性聚合物，所述负性液晶分散于所述手性聚合物网络中，在所述第一透光基板和所述第二透光基板未通电的状态下，所述手性聚合物网络浓度自所述第一透光基板向所述第二透光基板的方向梯度递减，所述手性单体和所述手性掺杂剂使得所述负性液晶形成螺旋结构，所述手性聚合物网络浓度梯度使得所述负性液晶螺旋结构的螺距呈梯度分布，所述手性聚合物网络能捕获所述液晶混合物中的杂质阳离子，在所述第一透光基板和所述第二透光基板通电的状态下，所述阳离子在电场作用下向所述第二透光基板移动，带动所述手性聚合物网络向所述第二透光基板移动，使得所述手性聚合物网络浓度梯度减小，从而使得所述负性液晶螺旋结构的螺距梯度减小。
优选地，所述负性液晶呈现胆甾型螺旋结构。
优选地，所述手性单体为DB-335。
优选地，所述手性掺杂剂为S811。
优选地，所述光引发剂为Irgacure-369或Irgacure-651。
优选地，在所述第一透光基板和所述第二透光基板相对的表面上均旋涂有平行配向层。
本发明还提供了一种基于电响应的红外反射器件的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备第一透光基板和第二透光基板，所述第一透光基板和所述第二透光基板相对设置；
S2：在所述第一透光基板和所述第二透光基板相对的表面上旋涂配向层，并摩擦取向；
S3：将所述第一透光基板和所述第二透光基板制备成液晶盒；
S4：称取负性液晶、手性掺杂剂、手性单体、光引发剂、紫外光吸收剂混合，加热使液晶转变为各向同性的液态，得到液晶混合物；
S5：将所述液晶混合物注入所述液晶盒，所述手性单体和所述手性掺杂剂使得所述负性液晶形成胆甾型螺旋结构；
S6：紫外光自所述第一透光基板一侧照射所述液晶盒，所述光引发剂引发所述手性单体聚合形成手性聚合物网络，所述负性液晶分散于所述手性聚合物网络中，所述紫外光吸收剂使得入射到所述液晶混合物中的紫外光强度呈梯度分布，使得所述手性聚合物网络浓度自所述第一透光基板向所述第二透光基板的方向梯度递减，继而使得所述螺旋结构的螺距呈梯度分布；
S7：所述第一透光基板与所述电源组件的正极电性连接，所述第二透光基板与所述电源组件的负极电性连接。
优选地，所述液晶混合物中所述负性液晶、手性掺杂剂、手性单体、光引发剂、紫外光吸收剂的质量比为(80-90)：(3-13)：(5-15)：(0.1-0.8)：(1-3)。
优选地，所述手性单体为DB-335。
优选地，所述光引发剂为Irgacure-369或Irgacure-651。
本发明的有益效果是：
本发明将手性掺杂剂、手性单体、光引发剂、紫外光吸收剂与负性液晶混合，得到液晶混合物，把液晶混合物填充至两块可接入电压的透光基板之间，紫外光自所述第一透光基板一侧照射所述液晶盒，光引发剂在紫外光的作用下引发所述手性单体聚合成手性聚合物网络，产生的手性聚合物网络浓度存在浓度梯度，即所述手性单体浓度存在浓度梯度，所述手性单体和所述手性掺杂剂使得所述负性液晶形成螺旋结构，所述手性聚合物网络浓度梯度使得所述负性液晶螺旋结构的螺距呈梯度分布，螺距呈梯度分布可以得到宽的反射红外光的带宽。而所述手性聚合物网络能够捕捉液晶混合物中的杂质阳离子，在基板通电的状态下，所述杂质阳离子带动所述手性聚合物网络移动，使液晶混合物中所述手性聚合物网络浓度差减小，所述手性单体浓度梯度减小，螺距梯度减小，从而实现了反射带宽由宽变窄的目的，从而增加红外光的透射，增加室内温度；在未通电状态下，所述手性聚合物网络恢复其浓度梯度，使得红外反射器件的反射红外光的带宽变宽，带宽变宽能够减少红外光的透射，有利于降低室内温度。
附图说明
图1为注入液晶盒的液晶混合物的结构示意图；
图2为紫外光照后红外反射器件的截面图；
图3为通电状态下红外反射器件的截面图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1：
采用以下方法制备一种基于电响应的红外反射器件，首先制备第一透光基板1和第二透光基板8，所述第一透光基板1和所述第二透光基板8相对设置。在所述第一透光基板1和所述第二透光基板8相对的表面上均旋涂有平行配向层2，并摩擦取向；将所述第一透光基板1和所述第二透光基板8制备成液晶盒。称取负性液晶、手性掺杂剂、手性单体、光引发剂和紫外光吸收剂至棕色试剂瓶中，所述负性液晶：手性掺杂剂：手性单体：光引发剂：紫外光吸收剂的质量比为83.8：5：10：0.2：1，混合均匀，加热至70℃，使液晶转变为各向同性的液态，得到液晶混合物6，所述各组分均为市场上可以采购得到的材料，其中，所述负性液晶为向列型液晶，所述负性液晶为德国默克公司的LC-2079，所述手性单体为德国默克公司的DB-335，其结构式为：
所述手性掺杂剂为德国默克公司的S811，其结构式为：
所述光引发剂为德国默克公司的Irgacure-369，其结构式为：
所述紫外光吸收剂为德国默克公司的Tinuvin328，
将所述液晶混合物6注入所述液晶盒，所述手性单体和所述手性掺杂剂所述手性单体和所述手性掺杂剂使得所述负性液晶形成胆甾型螺旋结构3，在配向层的作用下，所述螺旋结构3的轴垂直于所述第一透光基板1，所述液晶盒内所述液晶混合物6的结构示意图如图1。
使用紫外光自所述第一透光基板1一侧照射所述液晶盒，所述光引发剂引发所述手性单体聚合形成手性聚合物网络7，所述负性液晶分散于所述手性聚合物网络7中，光引发剂首先促使靠近所述第一透光基板1的所述负性液晶、手性掺杂剂、手性单体在紫外光的作用下聚合形成手性聚合物网络7，由于靠近所述第一透光基板1的手性单体分子减少，靠近所述第二透光基板8的手性单体分子扩散向所述第一基板1的方向扩散，使得所述第一透光基板1的所述手性聚合物网络7密度增加，产生的所述手性聚合物网络7浓度自第一透光基板1至第二透光基板8方向逐渐减小，所述紫外光吸收剂使得入射到所述液晶混合物6中的紫外光强度呈梯度分布，使得所述手性聚合物网络7浓度自所述第一透光基板1向所述第二透光基板8的方向梯度递减，即所述手性单体的浓度梯度递减，所述手性聚合物网络7的浓度梯度使得所述负性液晶螺旋结构3的螺距呈梯度分布。采用上述制备方法制备得到的红外反射器件的截面图如图2。
所述液晶混合物6中所述手性单体形成浓度差，根据公式P＝1/HTP×C，其中，P为螺距，HTP为胆甾型液晶的螺旋扭曲能力，C为手性单体浓度存在浓度梯度，从而形成了螺距梯度，根据公式：Δλ＝Δn×P，其中，Δλ为反射波长，Δn为平均折射系数，P为螺距，由于所述液晶混合物6中螺旋结构3的螺距P存在梯度，可以得到宽的反射红外光的带宽Δλ。
进一步地，所述液晶混合物6中包含杂质阳离子5和杂质阴离子4，所述手性聚合物网络7能捕获所述液晶混合物6中的杂质阳离子5，基板未通电状态下，所述手性聚合物网络7捕捉杂质阳离子5的示意图如图3。将所述第一透光基板1与所述电源组件的正极电性连接，所述第二透光基板8与所述电源组件的负极电性连接，所述电源组件包括直流电源和串联在直流电源上的电压控制器。在所述第一透光基板1和第二透光基板8通电的状态下，红外反射器件的截面图如图3，所述杂质阳离子5在电场作用下向第二透光基板8移动，带动所述手性聚合物网络7向所述第二透光基板8移动，从而减小所述手性聚合物网络7浓度梯度，也即所述手性单体浓度梯度，根据公式P＝1/HTP×C，可以得知，所述手性单体浓度梯度减小可以减少所述螺旋结构3的螺距梯度。根据公式Δλ＝Δn×P，所述螺距P梯度减小，从而反射红外光的带宽Δλ变窄，带宽变窄能够增加红外光的透射，有利于提升温度。在未通电状态下，所述手性聚合物网络7恢复回如图3所示的原状态，恢复其浓度梯度，使得红外反射器件的反射红外光的带宽变宽，带宽变宽能够减少红外光的透射，有利于降低温度。
实施例2：
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于，所述光引发剂为TCI公司的Irgacure-651，其结构为：
所述负性液晶：手性掺杂剂：手性单体：光引发剂：紫外光吸收剂的质量比为80：3：5：0.1：1。
实施例3：
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于，所述负性液晶：手性掺杂剂：手性单体：光引发剂：紫外光吸收剂的质量比为90：13：15：0.8：3。
Claims (10)
1.一种基于电响应的红外反射器件，包括相对设置的第一透光基板和第二透光基板以及电源组件，其特征在于，所述第一透光基板与所述电源组件的正极电性连接，所述第二透光基板与所述电源组件的负极电性连接，所述第一透光基板和所述第二透光基板之间封装形成调节区，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物中包括负性液晶、手性掺杂剂、光引发剂、紫外光吸收剂和手性聚合物网络，所述手性聚合物网络是由所述光引发剂引发所述手性单体聚合而成的网络状手性聚合物，所述负性液晶分散于所述手性聚合物网络中，在所述第一透光基板和所述第二透光基板未通电的状态下，所述手性聚合物网络浓度自所述第一透光基板向所述第二透光基板的方向梯度递减，所述手性单体和所述手性掺杂剂使得所述负性液晶形成螺旋结构，所述手性聚合物网络浓度梯度使得所述负性液晶螺旋结构的螺距呈梯度分布，所述手性聚合物网络能捕获所述液晶混合物中的杂质阳离子，在所述第一透光基板和所述第二透光基板通电的状态下，所述阳离子在电场作用下向所述第二透光基板移动，带动所述手性聚合物网络向所述第二透光基板移动，使得所述手性聚合物网络浓度梯度减小，从而使得所述负性液晶螺旋结构的螺距梯度减小。
2.根据权利要求1所述的基于电响应的红外反射器件，其特征在于，所述负性液晶呈现胆甾型螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的基于电响应的红外反射器件，其特征在于，所述手性单体为DB-335。
4.根据权利要求1所述的基于电响应的红外反射器件，其特征在于，所述手性掺杂剂为S811。
5.根据权利要求1所述的基于电响应的红外反射器件，其特征在于，所述光引发剂为Irgacure-369或Irgacure-651。
6.根据权利要求1所述的基于电响应的红外反射器件，其特征在于，在所述第一透光基板和所述第二透光基板相对的表面上均旋涂有平行配向层。
7.一种基于电响应的红外反射器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备第一透光基板和第二透光基板，所述第一透光基板和所述第二透光基板相对设置；
S2：在所述第一透光基板和所述第二透光基板相对的表面上旋涂配向层，并摩擦取向；
S3：将所述第一透光基板和所述第二透光基板制备成液晶盒；
S4：称取负性液晶、手性掺杂剂、手性单体、光引发剂、紫外光吸收剂混合，加热使液晶转变为各向同性的液态，得到液晶混合物；
S5：将所述液晶混合物注入所述液晶盒，所述手性单体和所述手性掺杂剂使得所述负性液晶形成胆甾型螺旋结构；
S6：紫外光自所述第一透光基板一侧照射所述液晶盒，所述光引发剂引发所述手性单体聚合形成手性聚合物网络，所述负性液晶分散于所述手性聚合物网络中，所述紫外光吸收剂使得入射到所述液晶混合物中的紫外光强度呈梯度分布，使得所述手性聚合物网络浓度自所述第一透光基板向所述第二透光基板的方向梯度递减，继而使得所述螺旋结构的螺距呈梯度分布；
S7：所述第一透光基板与所述电源组件的正极电性连接，所述第二透光基板与所述电源组件的负极电性连接。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述液晶混合物中所述负性液晶、手性掺杂剂、手性单体、光引发剂、紫外光吸收剂的质量比为（80-90）：（3-13）：（5-15）：（0.1-0.8）：（1-3）。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述手性单体为DB-335。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为Irgacure-369或Irgacure-651。
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