CN108957800B - 一种红外反射器件及其制备方法 - Google Patents

一种红外反射器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种红外反射器件及其制备方法，该红外反射器件包括第一透光导电基板和第二透光导电基板；第一透光导电基板和第二透光导电基板相对设置形成液晶盒，液晶盒内填充有液晶混合物，包括负性液晶、手性掺杂剂、可聚合液晶单体和光引发剂；第一透光导电基板朝向第二透光导电基板的表面设有经平行取向的半导体材料层；第二透光导电基板朝向第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层。通过以上方式，本发明红外反射器件既可在可见光范围内可视又可起到调控红外光的作用，且能耗低。

Description

一种红外反射器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及光学液晶器件技术领域，具体涉及一种红外反射器件及其制备方法。
背景技术
随着环保、节能日益受到重视，能源的合理利用、节能产品的研制和开发取得很大的进展。科学研究发现，约45％的太阳能来自于波长700到1100纳米的红外光，如果成功地实现对红外线的调控，可极大地减少能源的使用。
目前，大部分的建筑是通过外部设备来降温，比如百叶窗、屋顶棚等。但是这些装置在遮挡红外线的同时也遮挡了可见光,并且造价高昂。在这种背景下，寻找研发既能在可见光范围内可视又起到调控红外光的作用，并且又具有低能耗的红外反射器件显得尤为重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种红外反射器件及其制备方法，该红外反射器件既可在可见光范围内可视又可起到调控红外光的作用，且能耗低。
本发明所采用的技术方案是：一种红外反射器件，包括第一透光导电基板和第二透光导电基板；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板相对设置形成液晶盒，所述液晶盒内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括负性液晶、手性掺杂剂、可聚合液晶单体和光引发剂；所述第一透光导电基板朝向所述第二透光导电基板的表面设有经平行取向的半导体材料层；所述第二透光导电基板朝向所述第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层。
其中，半导体材料层和配向层材料层相对于各自所对应的透光导电基板平行取向，且半导体材料层和配向层材料层相对于各自所对应的透光导电基板可具有一定的预倾角，预倾角为半导体材料层和配向层材料层与各自所对应的透光导电基板之间的夹角，允许范围通常为0～2°。另外，半导体材料层和配向层材料层的厚度范围一般为70～100nm。
优选地，所述半导体材料层的材料为有机半导体材料或无机半导体材料；所述有机半导体材料包括聚乙炔型、聚芳香型及其共聚物型等有机半导体材料，具体可选用聚乙烯咔唑、聚乙炔、聚苯硫醚、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等，可采用单种或多种组合的方式；所述无机半导体材料包括Al、Cr、Pt、Au、Al2O3、多晶硅和硅化物(如SiO2、Si3N4等)等，同样可采用单种或多种组合的方式。
优选地，所述配向层材料层的材料选自聚乙烯醇、聚酰亚胺中的至少一种。
优选地，所述液晶混合物包括80～85质量份的负性液晶、11.5～14质量份的手性掺杂剂、3～5质量份的可聚合液晶单体和0.5～1质量份的光引发剂。
优选地，所述负性液晶选自HNG30400-200、MLC-2019中的至少一种。
优选地，所述手性掺杂剂选自S811、S1011、R5011中的至少一种。
优选地，所述可聚合液晶单体选自HCM-009、HCM-002、HCM-008中的至少一种。
优选地，光引发剂选自Irgacure-819、Irgacure-651、Irgacure-369、Irgacure-2959中的至少一种。
在使用时，以上红外反射器件需与电源组件配合使用，以通过电源组件为红外反射器件供电；并且电源组件的正极需电连接所述第一透光导电基板，则电源组件的负极电连接所述第二透光导电基板。红外反射器件可借助外部的电源组件来使用，当然，也可将电源组件设置为红外反射器件本身的一个部件，即红外反射器件还包括电源组件，所述电源组件的正极电连接所述第一透光导电基板，所述电源组件的负极电连接所述第二透光导电基板。
本发明还提供了一种上述红外反射器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备或取第一透光导电基板和第二透光导电基板；
S2、在所述第一透光导电基板的表面设置半导体材料层，并摩擦平行取向；
在第二透光导电基板的表面设置配向层材料层，并摩擦平行取向；
S3、所述第一透光导电基板上设有半导体材料层的表面与所述第二透光导电基板上设有配向层材料层的表面相对设置，制备液晶盒；
S4、取液晶混合物料填充于所述液晶盒内，而后在紫外光下固化，制得所述红外反射器件。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种红外反射器件及其制备方法，其中，红外反射器件包括第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板和第二透光导电基板相对设置形成液晶盒，液晶盒内填充有液晶混合物，包括负性液晶、手性掺杂剂、可聚合液晶单体和光引发剂，液晶混合物在手性掺杂剂的作用下排列成螺旋结构，该螺旋结构可以反射光，可聚合液晶单体可以在紫外光下聚合形成聚合物网络，聚合物网络能够捕获杂质阳离子，液晶盒在直流电的作用下杂质阴离子会被正极吸引并在正极富集，杂质阳离子会被负极吸引并在负极富集，并带动聚合物网络向正极移动，形成聚合物网络梯度，在液晶盒内部杂质离子就会形成一个内置电场；第一透光导电基板朝向第二透光导电基板的表面设有经平行取向的半导体材料层，第二透光导电基板朝向第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层；半导体材料层上的半导体材料在紫外光下可以产生电子空穴对，液晶混合物与半导体材料在紫外光和直流电作用下形成P-N结，该P-N结会消耗液晶盒里阴离子浓度来降低内置电场，从而降低红外反射器件的阈值电压，从而本发明红外器件即能在可见光范围内可视又起到调控红外光的作用，且能耗低。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。
图1是本发明红外反射器件一实施例的结构示意图；
图2是图1所示红外反射器件通电时的原理示意图；
图3是本发明实施例1和对比例1、2所制得红外反射器件的半波宽随电压的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
取第一透光导电基板和第二透光导电基板。在黄光环境下，称取半导体材料聚乙烯咔唑(PVK)溶解到氯苯溶液中，配置成4％的溶液，常温搅拌直到完全溶解，而后旋涂于第一透光导电基板的一表面制备半导体材料层，通过控制旋涂的转速及时间来控制膜厚度为75nm，而后摩擦平行取向。称取聚乙烯醇(PVA)溶解到去离子水中，配置成5％的溶液，60℃搅拌直到完全溶解，而后旋涂于第二透光导电基板的一表面制备配向层材料层，通过控制旋涂的转速及时间来控制膜厚度为75nm，而后摩擦平行取向。取间隔子放置于第一透光导电基板设有半导体材料层的表面边缘上，将第二透光导电基板放置在间隔子上，且第一透光导电基板上设有半导体材料层的表面与第二透光导电基板上设有配向层材料层的表面相对设置，制成液晶盒。称取82.84质量份的负性液晶HNG30400-200、5质量份的可聚合液晶单体HCM009、11.16质量份的左旋手性掺杂剂S811、1质量份的光引发剂Irgacure-651，置于棕色瓶中混合作为液晶混合物，将该棕色瓶加热至60℃，同时以40r/s的转速搅拌均匀，使液晶混合物转变为各相同性液晶混合物并且降低其粘性，然后在该温度下将液晶混合物注入液晶盒，填充完成后，使其自然降温至室温；而后在紫外光下固化，制得红外反射器件。
在本实施例中，负性液晶HNG30400-200(购于德国默克公司)；
可聚合液晶单体HCM009(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：
Figure BDA0001719120630000051
左旋手性掺杂剂S811(购于德国默克公司)的化学结构式为：
Figure BDA0001719120630000052
光引发剂Irgacure-651(购于德国默克公司)的化学结构式为：
Figure BDA0001719120630000053
半导体材料聚乙烯咔唑PVK(购于德国默克公司)的化学结构式为
Figure BDA0001719120630000054
聚乙烯醇PVA(购于探索平台)的化学结构式为
Figure BDA0001719120630000055
请参阅图1，图1是本发明红外反射器件一实施例的结构示意图。图1所示红外反射器件通过以上制备方法所制得，如图1所示，本实施例红外反射器件包括第一透光导电基板11和第二透光导电基板21，第一透光导电基板11和第二透光导电基板21相对设置形成液晶盒，液晶盒内填充有液晶混合物31，该液晶混合物31包括负性液晶、手性掺杂剂、可聚合液晶单体和光引发剂，；第一透光导电基板11朝向第二透光导电基板21的表面设有经平行取向的半导体材料层12；第二透光导电基板21朝向第一透光导电基板11的表面设有经平行取向的配向层材料层22。
请参阅图2，图2为图1所示红外反射器件通电时的原理示意图。如图2所示，红外反射器件的第一透光导电基板11与电源组件41的正极电性连接，第二透光导电基板21与电源组件41的负极电性连接。液晶混合物31在手性掺杂剂的作用下排列成螺旋结构32，该螺旋结构32可以反射光；可聚合液晶单体可在紫外光UV下聚合形成聚合物网络33，该聚合物网络33捕获杂质阳离子34，液晶盒在直流电的作用下杂质阴离子35会被正极吸引并在正极富集，杂质阳离子34会被负极吸引并被负极富集，并带动聚合物网络33向正极移动，形成聚合物网络梯度，在液晶盒内部杂质离子会形成一个内置电场；半导体材料层12的半导体材料在紫外光UV下可以产生电子空穴对，且液晶盒在直流电和紫外光UV的共同作用下半导体材料层12的半导体材料会和液晶混合物料31形成P-N结，该P-N结会消耗液晶盒里的阴离子35浓度来降低内置电场；根据有效电场计算公式：Eeff＝Ef-Eb，其中，Eeff表示有效电场，Ef表示外加电场，Eb表示杂质离子形成的内置电场；由于在直流电和紫外光UV的作用下半导体材料层12的半导体材料与液晶混合物料31所形成的P-N结消耗液晶盒内的阴离子35，内置电场降低，从而使有效电场增大，进而可降低红外反射器件的阈值电压。
由上，本实施例红外反射器件通过选取半导体材料聚乙烯咔唑PVK作为半导体材料层12的材料，既可在可见光范围内可视又可起到调控红外光的作用，并且能耗低、成本低。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：液晶混合物包括82.84质量份的负性液晶HNG30400-200、5质量份的可聚合液晶单体HCM009、11.16质量份的左旋手性掺杂剂S811、1质量份的光引发剂Irgacure-369。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：液晶混合物包括80质量份的负性液晶MLC-2019、5质量份的可聚合液晶单体HCM-008、13.8质量份的左旋手性掺杂剂S1011、1质量份的光引发剂Irgacure-819；半导体材料层的材料为聚乙炔，配向层材料层的材料为聚酰亚胺。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：液晶混合物包括85质量份的负性液晶HNG30400-200、3质量份的可聚合液晶单体HCM-002、11.5质量份的左旋手性掺杂剂R5011、0.5质量份的光引发剂Irgacure-2959；第一透光导电基板上半导体材料层的材料为半导体材料聚苯硫醚，第二透光导电基板上配向层材料层的材料为聚乙烯醇。并且，本实施例红外反射器件还包括电源组件，电源组件的正极电连接第一透光导电基板，电源组件的负极电连接第二透光导电基板。
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：第一透光导电基板和第二透光导电基板上均设置经平行取向的配向层材料层，且两个配向层材料层的材料均为聚乙烯醇(PVA)。
对比例2
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：第一透光导电基板和第二透光导电基板上均设置经平行取向的半导体材料层，且两个半导体材料层的材料均为半导体材料聚乙烯咔唑(PVK)。
采用UV-VIS-NIR分光光度计和直流电源,分别测试以上实施例1、对比例1和对比例2所制得的红外反射器件在不同电压下半波宽的变化。测试时，对于对比例1和对比例2制得的红外反射器件，电源正极与其中一块透光导电基板相连，电源负极与另外一块透光导电基板相连；对于实施例1制得的红外反射器件，电源正极电连接其上设有半导体材料层的第一透光导电基板，电源负极电连接其上设有配向层材料层的第二透光导电基板。通过以上方法，测试不同电压下对应的半波宽，所得结果如图3所示。其中，曲线A表示实施例1所制得红外反射器件的半波宽随电压的变化曲线；曲线B表示对比例1所制得红外反射器件的半波宽随电压的变化曲线；曲线C表示对比例2所制得红外反射器件的半波宽随电压的变化曲线。
由图3可知，实施例1所制得红外反射器件的第一透光导电基板上半导体材料层的材料选用半导体材料聚乙烯咔唑(PVK)，第二透光导电基板上配向层材料层的材料选用聚乙烯醇(PVA)，PVK作为电调控的红外反射器件的取向层有潜力降低器件的操作电压。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种红外反射器件，其特征在于，包括第一透光导电基板和第二透光导电基板；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板相对设置形成液晶盒，所述液晶盒内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括负性液晶、手性掺杂剂、可聚合液晶单体和光引发剂；所述第一透光导电基板朝向所述第二透光导电基板的表面设有经平行取向的半导体材料层；所述第二透光导电基板朝向所述第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层；在直流电和紫外光的共同作用下，所述半导体材料层的材料会和所述液晶混合物形成P-N结；所述配向层材料层的材料选自聚乙烯醇、聚酰亚胺中的至少一种，所述半导体材料层的材料为有机半导体材料或无机半导体材料。
2.根据权利要求1所述的红外反射器件，其特征在于，所述液晶混合物包括80～85质量份的负性液晶、11.5～13.8质量份的手性掺杂剂、3～5质量份的可聚合液晶单体和0.5～1质量份的光引发剂。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的红外反射器件，其特征在于，所述负性液晶选自HNG30400-200、MLC-2019中的至少一种。
4.根据权利要求1-2中任一项所述的红外反射器件，其特征在于，所述手性掺杂剂选自S811、S1011、R5011中的至少一种。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的红外反射器件，其特征在于，所述可聚合液晶单体选自HCM-009、HCM-002、HCM-008中的至少一种。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的红外反射器件，其特征在于，光引发剂选自Irgacure-819、Irgacure-651、Irgacure-369、Irgacure-2959中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的红外反射器件，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件的正极电连接所述第一透光导电基板，所述电源组件的负极电连接所述第二透光导电基板。
8.权利要求1-7中任一项所述红外反射器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备或取第一透光导电基板和第二透光导电基板；
S2、在所述第一透光导电基板的表面设置半导体材料层，并摩擦平行取向；在第二透光导电基板的表面设置配向层材料层，并摩擦平行取向；
S3、所述第一透光导电基板上设有半导体材料层的表面与所述第二透光导电基板上设有配向层材料层的表面相对设置，制备液晶盒；
S4、取液晶混合物料填充于所述液晶盒内，而后在紫外光下固化，制得所述红外反射器件。
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