CN109143623A - 一种红外反射器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低能耗的红外反射器件及其制备方法。该红外反射器件包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板与第二透光导电基板之间设有调节区，调节区内填充有液晶混合物，液晶混合物包括负性液晶、手性掺杂剂和聚合物网络，聚合物网络由光引发剂引发非线性液晶单体和线性液晶单体共聚而成，线性液晶单体包含氰基。氰基相比于常规方法中采用的非线性单体的基团极性更强，能够更多、更加牢固地“捕捉”液晶混合物中的杂质阳离子，调节区内的螺距梯度变化也就更加明显。所以，本发明的红外反射器件能够以更低的电压来实现与现有技术中相同的螺距梯度调节，从而获得相似的红外反射带宽。

Description

一种红外反射器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及红外反射器件，特别涉及一种红外反射器件及其制备方法。

背景技术

进入21世纪后，随着全球范围内不可再生资源的逐渐消耗、不断产生的温室气体造成的气候变化等种种复杂情况的发生，人们开始尝试生态友好型建筑的设计，各式各样的生态友好型建筑也因而层出不穷。在这些生态友好型建筑中，一种比较值得关注的组成构件就是智能窗。人们希望智能窗可以控制进入建筑内部的光辐射量，从而在保证室内照明的前提下调控建筑内部温度。在进行了各种试验后，研究人员发现，红外反射片在电压的应用下，具有透射和反射性能，它能够在低温下透过红外光，而在高温下反射红外光。

而在胆甾相液晶的反射红外光的理论提出后，已经有许多红外反射器件和相应的制备方法被报道。专利CN105676489A公开了一种基于电响应的红外反射器件，该器件的调节区内填充有液晶混合物，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。该器件在通电或未通电的两种状态下可以实现改变反射带宽的目的，从而调节红外光的透射，也就能够改变室内温度。专利CN107272277A公开了一种反射比例可调节的红外反射器件，该器件可以通过控制开关的开合，使得仅有特定比例的液晶混合物位于电场下，从而使得不同电极区域对应的反射红外线的反射比例不同。但这些已有的器件还存在一些问题，例如，能耗较高，而这显然不符合生态友好型建筑的设计初衷。因此，有必要开发出一种低能耗的红外反射器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低能耗的红外反射器件及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种红外反射器件，包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板与第二透光导电基板之间设有调节区，调节区内填充有液晶混合物，液晶混合物包括负性液晶、手性掺杂剂和聚合物网络，聚合物网络由光引发剂引发非线性液晶单体和线性液晶单体共聚而成，线性液晶单体包含氰基，手性掺杂剂使得负性液晶形成具有螺旋结构的胆甾相液晶，胆甾相液晶具有单一螺距。

优选的，线性液晶单体为包含氰基的可聚合不可交联的液晶单体。

进一步优选的，线性液晶单体为RM23。

优选的，非线性液晶单体为包含酯基的可交联的液晶单体。

进一步优选的，非线性液晶单体为RM82。

进一步优选的，负性液晶为HNG-30400-200。

优选的，第一透光导电基板与第二透光导电基板朝向调节区的一侧还设有平行配向层。

优选的，负性液晶、手性掺杂剂、非线性液晶单体、线性液晶单体、光引发剂的质量比为(88-92)：(3.8-4.2)：(4.4-4.6)：(0.4-0.6)：(0.8-1.2)。

优选的，手性掺杂剂为S811或S1011。

优选的，光引发剂为Irgacure-369或Irgacure-651。

上述红外反射器件的制备方法，包括以下步骤：

S1：制备第一透光导电基板和第二透光导电基板；

S2：将第一透光导电基板和第二透光导电基板制备成液晶盒；

S3：称取负性液晶、手性掺杂剂、非线性液晶单体、线性液晶单体、光引发剂，混合加热得到液晶混合物；

S4：将液晶混合物注入液晶盒；

S5：使液晶盒接受光照，光引发剂引发非线性液晶单体和液晶单体共聚成聚合物网络。

本发明的有益效果在于：

本发明中的手性掺杂剂使得负性液晶形成螺旋结构的胆甾相液晶，胆甾相液晶具有单一的螺距，特定的螺距结构反射特定波长的红外线波段。本发明中聚合物网络除了常规的非线性液晶单体外，还添加了采用具有氰基的线性液晶单体。氰基相比于常规方法中采用的非线性单体的基团极性更强，能够更多、更加牢固地“捕捉”液晶混合物中的杂质阳离子。在单位电压下，本发明中生成的聚合物网络受到更大的电场力作用，随着杂质阳离子的移动向连接负极的透明基板移动的距离更远，负极所在透明基板区域的负性液晶压缩严重，其螺距变小的程度加大；而在正极所在的透明基板区域，负性液晶受聚合物网络的拉伸更大，调节区内的螺距梯度变化也就更加明显。所以，本发明的红外反射器件能够以更低的电压来实现与现有技术中相同的螺距梯度调节，获得相似的红外反射带宽，也就能够实现低能耗的目的。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的红外反射器件的结构示意图。

图2是图1所示实施例在未经紫外光照射状态下的液晶盒的局部示意图。

图3是图1所示实施例在经紫紫外光照射、并通电后的液晶盒的局部示意图。

图4是图1所示实施例的红外反射器件在不同电压条件下，不同波长的光的透过率的分布图，在左侧纵坐标轴上，从上到下分别代表施加电压为0V、10V、20V、30V、40V、50V、60V时的情况。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思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。

实施例1：

图1是本发明的一个实施例的红外反射器件的结构示意图。如图1所示，该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，在第一透光导电基板11和第二透光导电基板21之间通过封装胶框3封装形成调节区4，调节区4内填充有液晶混合物，在第一透光导电基板11朝向调节区4的一侧设有平行配向层一12，在第二透光导电基板21朝向调节区4的一侧设有平行配向层二22。第一透光导电基板一11和第二透光导电基板二21还连接有电源组件。

该红外反射器件的具体制备方法包括如下步骤：

S1：制备第一透光导电基板和第二透光导电基板，将两透光基板相对设置；

S2：在第一透光导电基板和第二透光导电基板的内侧表面旋涂平行配向层，并摩擦取向；

S3：将第一透光导电基板和第二透光导电基板通过封装胶框封装制备成液晶盒；

S4：按照质量比为90：4：4.5：0.5：1的比例分别称取负性液晶、手性掺杂剂、非线性液晶单体、线性液晶单体、光引发剂并混合，在热台以50r/s、60℃的条件搅拌5min，待其混合均匀后转变为各向同性的液态，得到液晶混合物；将液晶混合物在黄光条件下加热到60℃，使其转变为胆甾相液晶混合物；

S5：将液晶混合物注入液晶盒，手性掺杂剂使得负性液晶形成胆甾相螺旋结构；

S6：将第一透光导电基板和第二透光导电基板分别与电源组件的负极和正极相连接，紫外线照射液晶盒，使调节区内的光引发剂引发非线性液晶单体和线性液晶单体发生共聚形成聚合物网络。

其中负性液晶选择江苏合成显示科技股份有限公司的HNG-30400-200，其介电常数Δε＝-8.3，双折射率Δn＝1.484；手性掺杂剂选择S1011(CAS：165660-09-3)，其结构式为非线性液晶单体选择RM82，其结构式为线性液晶单体选择RM23，其结构式为光引发剂选择Irgacure-651(CAS：24650-42-8)，其结构式为

图2是图1所示实施例在未经紫外光照射状态下的液晶盒的局部示意图。液晶混合物中的手性掺杂剂使得负性液晶形成胆甾相的螺旋结构6，在平行配向层的作用下，螺旋结构6的轴垂直于第一透光导电基板和第二透光导电基板。此时，胆甾相负性液晶具有单一螺距，螺旋结构6的螺距5在不同位置均相同，不存在螺距梯度。

图3是图1所示实施例在经紫紫外光照射、并通电后的液晶盒的局部示意图。如图3所示，在使用紫外光透过透光导电基板一侧照射液晶盒后，液晶混合物中的光引发剂使得线性液晶单体和非线性液晶单体发生共聚形成聚合物网络7。液晶混合物中含有杂质阳离子，形成的聚合物网络7中的酯基能够“捕捉”液晶混合物中的一部分杂质阳离子。接通电源后，由于第一透光导电基板与负极相连，第二透光导电基板与正极相连，“捕获”的杂质阳离子在电场作用下向第一透光导电基板移动，带动了聚合物网络向第一透光导电基板移动，使得胆甾相液晶的螺旋结构6在不同位置由于聚合物网络的压缩/拉伸而使其螺距5发生变化，靠近第二透光导电基板的胆甾相液晶被拉伸而螺距变大，靠近第一透光导电基板的胆甾相液晶被压缩而螺距变小。根据公式λ＝P×n，其中，P表示胆甾相液晶的指向矢在螺距轴方向上旋转一周的间距，即一个螺距，λ为单一螺距的胆甾相液晶反射波长，n为液晶的平均光折射率；Δλ＝(n_e-n₀)×P＝Δn×P，其中，Δλ为反射光谱带宽，Δn为双折射率；当P由单一值变为一个范围时，液晶混合物所反射的波长以及反射的频宽也会随之变大。根据公式F＝q×E，其中，q表示聚合物网络7“捕捉”的杂质阳离子的电荷量，E为施加电压后形成的电场强度，本实施例中来自于线性液晶单体的氰基能够“捕捉”额外的杂质阳离子，相同的聚合物网络7电荷量更大，形成的电场力更强，在施加相同电压的情况下，聚合物网络7的移动距离更大，胆甾相液晶的螺距梯度也就会变得更明显，从而使得反射波长和反射频宽也会变得更广。也就是说，依照本方案，可以使反射波长和频宽的改变更加容易，使用较低的电压就可以实现较大的反射波长和频宽，从而达到降低能耗、节能环保的目的。

图4是图1所示实施例的红外反射器件在不同电压条件下，不同波长的光的透过率的分布图，在左侧纵坐标轴上，从上到下分别代表施加电压为0V、10V、20V、30V、40V、50V、60V时的情况。如图4所示，施加电压为10V时，波长在1100-1300nm的红外光可以达到40％以上的反射率；施加电压为60V时，波长为760-1500nm的红外光可以达到40％以上的反射率。而像常规的红外反射器件，一般需要施加电压在30V左右时，才可以使波长在1100-1300nm的红外光达到40％以上的反射率；在施加电压达到60V时，仅波长在800-900nm及1450-1600nm的红外光能够达到40％以上的反射率。从上述对比中明显可以看出，本实施例的红外反射器件可以采用较小的驱动电压即可实现与现有技术中近似的反射波长和反射频宽，从而实现了同等红外光反射频宽下所需驱动电压降低的效果，降低了能耗。

另外，本实施例中的聚合物网络由非线性液晶单体和线性液晶单体发生共聚而来，共聚形成的聚合物网络交联密度更低，交联网络更大，因而聚合物网络的柔性更好，也就能够在黏弹性上表现出更优异的结果，从而可以达到更长的使用寿命和更快的响应时间。由于在共聚过程中需要考虑不同单体之间的竞聚率，根据共聚Q-e方程(Q代表单体和单体自由基的共轭效应，e代表单体和单体之间自由基的极性)，只有当不同单体之间的Q、e值接近时，形成理想的共聚效果才能够形成均匀的网络结构，否则形成的网络支链化程度高将会导致器件在加电后无法恢复，从而影响器件的使用。而本实施例中采用的液晶单体RM23和单体RM82的Q、e值接近，能够形成均匀的聚合物网络结构，也就可以实现器件的正常使用。

实施例2

一种红外反射器件，与实施例1的区别在于液晶混合物中光引发剂为Irgacure-369(CAS：119313-12-1)，其结构式为手性掺杂剂选择S811(CAS：87321-20-8)，其结构式为

负性液晶、手性掺杂剂、非线性液晶单体、线性液晶单体、光引发剂的质量比为90.6：3.8：4.4：0.4：0.8。

实施例3

一种红外反射器件，与实施例1的区别在于线性液晶单体选择氰基苯基环己基-1-丙烯(CAS：157453-50-4)，其结构式为非线性液晶单体选择江苏合成显示科技股份有限公司的HCM-002或HCM-008。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种红外反射器件，其特征在于，包括相对设置的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与所述第二透光导电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，所述液晶混合物包括负性液晶、手性掺杂剂和聚合物网络，所述聚合物网络由光引发剂引发非线性液晶单体和线性液晶单体共聚而成，所述线性液晶单体含有氰基。

2.根据权利要求1所述的红外反射器件，其特征在于，所述线性液晶单体为不可交联单体。

3.根据权利要求2所述的红外反射器件，其特征在于，所述线性液晶单体为RM23。

4.根据权利要求1所述的红外反射器件，其特征在于，所述非线性液晶单体包含酯基。

5.根据权利要求4所述的红外反射器件，其特征在于，所述非线性液晶单体为RM82。

6.根据权利要求1-5任一项所述的红外反射器件，其特征在于，所述负性液晶为HNG-30400-200。

7.根据权利要求1-5任一项所述的红外反射器件，其特征在于，所述第一透光导电基板与所述第二透光导电基板朝向所述调节区的一侧还设有平行配向层。

8.根据权利要求1-5任一项所述的红外反射器件，其特征在于，所述负性液晶、所述手性掺杂剂、所述非线性液晶单体、所述线性液晶单体、所述光引发剂的质量比为(88-92)：

(3.8-4.2)：(4.4-4.6)：(0.4-0.6)：(0.8-1.2)。

9.权利要求1-8任一项所述的红外反射器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制备第一透光导电基板和第二透光导电基板；

S2：将所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板制备成液晶盒；

S3：称取负性液晶、手性掺杂剂、非线性液晶单体、线性液晶单体、光引发剂，混合加热得到液晶混合物；

S4：将所述液晶混合物注入所述液晶盒；

S5：使所述液晶盒接受光照，所述光引发剂引发所述非线性液晶单体和所述液晶单体共聚成聚合物网络。