CN113330364A

CN113330364A - 聚合物网络液晶智能窗器件及制备其的方法

Info

Publication number: CN113330364A
Application number: CN202080010319.6A
Authority: CN
Inventors: 彼得·波波夫
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2021-08-31
Also published as: EP3914962A1; WO2020154433A1; KR20210116614A; US20220107522A1

Abstract

公开了一种具有超低功耗的聚合物网络液晶(PNLC)可切换光阀。描述具有液晶制剂和可聚合反应性介晶组合物的可聚合混合物，其中可聚合反应性介晶组合物形成聚合物网络，并且当在零电场存在下时液晶处于光学不透明的焦锥状态。

Description

聚合物网络液晶智能窗器件及制备其的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月22日提交的美国临时专利申请第62/795,488号的权益，其全部内容并入本文。

技术领域

本公开涉及一种包含聚合物网络液晶的光阀(light shutter)，所述光阀可以从光学不透明的焦锥状态(focal conic state)切换到具有大视角的光学透明状态。此外，光阀具有存储电荷和慢速放电的能力，从而当由短直流脉冲电驱动时，允许功耗达到μW/m²量级。

背景技术

在窗户领域，智能窗是传统机械百叶窗(mechanical shutter)、百叶窗(blind)或液压遮阳方法的有吸引力的替代品。已经努力优化智能窗以控制光波(例如紫外线、可见光和红外线)穿过窗户。这种控制可能是为了提供隐私，减少来自环境阳光的热量，并控制紫外线的有害作用。目前，智能窗应用主要存在三种技术：聚合物分散液晶(polymerdispersed liquid crystal，PDLC)、聚合物稳定胆甾结构(polymer stabilizedcholesteric texture，PSCT)和金属氧化物电致变色(electrochromic，EC)。

PDLC光阀涉及将向列液晶与布置在具有透明电极的两个平行基板之间的液晶和聚合物的均匀混合物相分离。相分离的向列液晶形成分散在聚合物基质中的微域/液滴。在关闭状态下，这些微滴中包含的液晶是随机取向的，导致聚合物基质和液晶之间的折射率失配，从而导致不透明(光散射状态)。当外部电场施加到光阀时，液晶取向使得聚合物基质和液晶之间的折射率匹配并产生透明状态。

PDLC光阀的一个缺点是由折射率失配引起的固有雾度，导致透明状态下的视角较窄。此外，PDLC需要大且连续的电压来保持光学状态之一，从而导致成本增加。

EC可用于基于跨电致变色涂层的光学堆叠施加的用户控制的电势来控制穿过窗口的光和/或热量的量。通过电致变色涂层或材料提供的控制可以减少加热或冷却房间所需的能量，并且它可以提供隐私。例如，具有约60-80％的光透射率的电致变色涂层或材料的透明状态可以切换为具有0.1-10％之间的光透射率的变暗状态，其中进入房间的能量受到限制并且提供额外的隐私。

一些问题使当前的EC对于某些应用是不期望的。常规的固态EC需要厚的电致变色层，例如1μm，以在开启状态/暗状态下实现低百分比透射率(％T)。需要厚层以实现低％T导致材料消耗增加、加工时间增加和生产速度变慢，所有这些都会导致制造成本增加。制造成本的增加(约$100/m²)已将EC窗户市场限制为仅商业建筑。

PSCT光阀由胆甾型液晶和聚合物的复合材料制成。胆甾型液晶和聚合物的混合物夹在具有透明电极的两个平行基板(例如玻璃和/或塑料板或薄膜)之间。PSCT可以在两种模式下操作：正常模式和双稳态模式。在正常模式下，施加外部电压，PSCT材料从一种光学状态切换到另一种光学状态(例如，不透明的焦锥状态到透明的垂直或平面状态，反之亦然)。然而，正常状态的问题是必须连续施加电压以保持其中一种光学状态，导致在必须长时间施加电压时消耗大量能量。在没有施加电压的情况下，双稳态模式具有两个稳定状态。虽然双稳态光阀是一个非常有吸引力的概念，但是在各种操作条件下保持两种光学状态的微妙稳定性仍然存在挑战，尤其是当外部条件迅速变化时，例如由于温度和温度梯度在整个器件的面积的快速变化。双稳态光阀对液晶和聚合物制剂中使用的组分浓度也有非常严格的要求，对制造过程的变化也有严格的要求。

因此，仍然需要具有低功耗(例如，能够由电池供电)、散射状态下的高雾度、透明状态下的宽视角以及在宽范围的操作条件下具有良好稳定性的光阀。

发明内容

本公开包括可用于诸如用于窗户的光阀功能的聚合物网络液晶器件。在一些实施方案中，本文所述的光阀可以包括一对相对的透明电极。在一些实施方案中，相对的透明电极可以限定电极平面。在一些实施方案中，光阀可以包含聚合物复合材料，该聚合物复合材料包含液晶和聚合物。在一些实施方案中，聚合物可以是聚合物网络的形式，例如聚合物纤维的网络。在一些实施方案中，包含聚合物复合材料的光阀可以包含焦锥构造的液晶。在一些实施方案中，聚合物复合材料可以包含由聚合物网络形成的域。在一些实施方案中，聚合物网络可垂直于电极平面排列。在一些实施方案中，聚合物网络可以布置在相对的透明电极之间。在一些实施方案中，聚合物网络可以与相对的透明电极电连通。在一些实施方案中，向聚合物网络施加电场可以将焦锥状态的液晶切换为垂直排列的透明态液晶。在一些实施方案中，聚合物网络可以包含至少一种液晶化合物。在一些实施方案中，聚合物网络可以包含手性掺杂剂。在一些实施方案中，聚合物网络可以包含反应性介晶组合物。在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含至少一种反应性介晶。在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含至少一种可聚合单体。在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含光引发剂。在一些实施方案中，至少一种液晶化合物和手性掺杂剂形成胆甾型液晶。在一些实施方案中，胆甾型液晶可以具有约0.38μm至一对相对的透明电极之间的尺寸长度的约一半的胆甾节距(pitch)，例如在10μm的电池间隙(cell gap)中为5μm。在一些实施方案中，光阀还可以包含与透明电极电连通的电源。在一些实施方案中，光阀还可以包含至少一个排列层。在一些实施方案中，光阀还可以包含至少一个介电层。在一些实施方案中，至少一个介电层可以包含透明无机材料。一些实施方案包括在排列层或介电层中的间隔物。在一些实施方案中，聚合物复合材料进一步包含离子捕获纳米颗粒。在一些实施方案中，聚合物网络进一步包含离子捕获纳米颗粒。在一些实施例中，离子捕获纳米颗粒包含NiO和/或TiO₂。本文所述的光阀可用于控制紫外光、可见光和红外光。在一些实施方案中，本文所述的光阀可用于提供隐私、减少来自环境阳光的热量以及控制紫外线的有害作用。

一些实施方案包括具有约60分钟的RC时间常数(τ)的光阀。在一些实施方案中，由于相反极性直流(DC)脉冲的周期性施加，光阀可以保持透明状态。在一些实施方案中，光阀在低于60Hz的交流(AC)驱动信号的3V/μm下消耗大约0.037W/m²。在一些实施方案中，光阀通过外部电场保持透明状态。在一些实施方案中，光阀通过内部存储的电场保持透明状态至少约10分钟、至少约20分钟、至少约30分钟、至多40分钟或更长时间。在一些实施方案中，液晶组分是具有正介电各向异性的化合物。一些实施方案包括光阀，其中所述光阀用作慢速放电电容器。在一些实施方案中，至少一种反应性介晶的浓度在0.1重量％至约40重量％之间。在一些实施方案中，在低于60Hz AC的频率下，足以实现透明度的电压量小于3V/μm。

一些实施方案包括一种用于制备光阀的方法。该方法可以包括：在未固化的聚合物复合材料中布置至少一种反应性介晶、至少一种液晶化合物、手性掺杂剂和光引发剂；在60Hz下，在约50mV/μm至约50V/μm的外部电场存在下，形成聚合物网络，其中至少一种液晶化合物和手性掺杂剂形成胆甾型液晶；并且在固化后移除外部电场，其中胆甾型液晶重新取向为焦锥光散射态。在一些实施方案中，反应性介晶的聚合包括在固化的液晶和聚合物复合材料内形成聚合物网络。在一些实施方案中，聚合物网络的形成包括平行于施加的外部电场排列网络。本公开的光阀可以根据本文所述的任何实施方案实施。

下面更详细地描述这些和其它实施方案。

附图说明

图1A是根据本公开的概念描绘在光学透明状态下光阀的光阀横截面。

图1B是根据本公开的概念描绘在光学不透明焦锥状态下光阀的光阀横截面。

图2是表示本文描述的光阀的自放电及其从透明到不透明光学状态的转变的曲线图。

图3是表示用于本文描述光阀的超低功耗的具有反向极性间歇直流脉冲电驱动方案的曲线图。

图4是在没有提供外部电源的情况下本文所述的光阀器件呈其不透明和透明光学状态的照片。

图5是描绘本文描述的光阀器件的雾度水平测量的曲线图。

图6是表示确定本文所述的光阀器件的功耗所需的施加AC电压和所得电流的测量值图。

具体实施方式

本公开的一些实施方案包含聚合物网络液晶光阀，聚合物网络液晶光阀可用于窗型应用以提高能效和隐私。本公开的光阀可以通过施加电磁场或电场在不透明光散射状态到透明状态之间切换。一些光阀在处于不透明光散射状态时可以不需要电场。一些实施方案包括作为慢速放电电容器运行的光阀，当处于透明状态时，仅需要以1秒或优选1分钟或更优选约1小时的周期施加的反向极性短直流脉冲来保持透明状态。因此，本发明的光阀是节能的。

如本文所用，术语“透明”是指例如不吸收大量可见光辐射、不反射大量可见光辐射或不散射大量可见光辐射的结构。

如本文所用，术语“胆甾节距”是指胆甾型液晶(CLC)分子围绕已知为螺旋轴的正交轴旋转整整360°的距离。

术语“聚合物复合材料”是技术术语，如本文所用，是指至少一种反应性介晶、至少一种液晶化合物、手性掺杂剂和一种或多种光引发剂的粘性组合物或混合物。聚合物复合材料还可以包含溶剂、离子捕获纳米颗粒、额外的可聚合单体如交联剂和其他功能组分。

本公开包括光阀，所述光阀包含一对相对的透明电极。在一些实施方案中，相对的透明电极可以限定电极平面。一些实施方案包括光阀，其中所述光阀可以包含由聚合物复合材料形成的聚合物网络。在一些实施方案中，聚合物网络可以包含焦锥构造的液晶。在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料可以包含由聚合物网络形成的域。在一些实施方案中，聚合物网络可以垂直于透明电极平面排列。在一些实施方案中，聚合物网络可以布置在透明电极之间。在一些实施方案中，聚合物网络可以与透明电极电连通。在一些实施方案中，聚合物网络可以包含至少一种液晶化合物。在一些实施方案中，聚合物网络可以包含手性掺杂剂。在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料可以包含反应性介晶组合物。在一些实施方案中，向液晶和聚合物复合材料施加电场可以将液晶的焦锥状态切换为液晶的垂直排列的透明状态。在一些实施方案中，当处于零电场时，光阀可以无限期地保持在光学不透明焦锥状态。

光阀包含在不透明状态和透明状态之间电切换的结构。在透明状态下，液晶垂直排列，并且因此不会散射光(参见图1A中的107)。在不透明状态下，液晶由于其具有随机取向的轴的螺旋扭曲焦锥域而散射光。胆甾型液晶域的这种随机取向被称为焦锥状态配置(参见图1B中的108)。

参照图1A和1B，描述本公开光阀说明性的第一实施方案。光阀结构通常包含聚合物网络，例如聚合物复合层100，其插入一对相对的透明电极例如电极102A和102B之间，限定电极平面，电极平面由一对基本上透明的基板例如基板103A和103B支撑，每个基板都包括内表面和外表面。多个间隔物，例如间隔物104，可以存在于聚合物网络内以帮助保持相对的透明电极之间的电池间隙，例如电池间隙111。光阀还可以包含排列层，例如排列层101A和101B。在一些实施方案中，光阀还包括介电层，例如层101A和101B。在存在排列层的实施方案中，层101可以代表排列层，或在没有排列层而是电介质层的实施方案中，层101可以代表电介质层。在一些实施方案中，排列层可用作介电层。连接到电极层的是电引线110A和110B，它们用于将光阀连接到外部电源。

在一些实施方案中，这对相对的透明电极单独地布置在基本上透明的基板上。可以选择任何合适的透明基板。基板的一些非限制性实例包括玻璃和聚合物膜。典型的聚合物薄膜包括由以下物质制成的的薄膜：聚烯烃、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚氨酯等及其组合。

在一些实施方案中，光阀包含一对相对的透明电极。这对相对的透明电极可以包括氧化铟锡(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT:PSS)、氧化银、氧化锌或其他透明导电聚合物或类似薄膜涂层。化学真空沉积、化学气相沉积、蒸发、溅射或其他合适的涂覆技术可用于在基板上施加电极。在一些实施方案中，基板和电极以单一的、可商购的构造提供。

电引线，例如引线110，可以连接到电极。外部电压源可以连接到电引线以将光阀从不透明焦锥状态切换到透明状态。外部电压源还可用于脉冲电场以通过对光阀再充电来帮助保持光学透明状态。电压源可以是交流(AC)电压源。电压源可以是AC-DC逆变器和电池。在一些实施方案中，电压源可以是直流(DC)电池，例如薄电池。

在一些实施方案中，光阀包含间隔物，例如间隔物104。在一些实施方案中，间隔物可以结合到排列层中。在一些情况下，间隔物可以结合到介电层中。在一些实施例中，间隔物可以结合到液晶和聚合物复合材料中。

本公开可以包括任何合适的间隔物。在一些实施方案中，间隔物可以包含NanoMicro HT100微球间隔物。在其他实施方案中，间隔物可以包含Sekisui SP210间隔物。可以为间隔物选择任何合适的尺寸，通常通过其直径来测量。在一些实施方案中，间隔物的尺寸为约1μm至约20μm、约1μm至约2μm、约2μm至约3μm、约3μm至约4μm、约4μm至约5μm、约5μm至约6μm、约6μm至约7μm、约7μm至约8μm、约8μm至约9μm、约9μm至约10μm、约10μm至约11μm、约11μm至约12μm、约12μm至约13μm、约13μm至约14μm、约14μm至约15μm、约15μm至约16μm、约16μm至约17μm、约17μm至约18μm、约18μm至约19μm、约19μm至约20μm或约10μm。

在一些实施方案中，本发明的排列层、介电层或液晶与聚合物复合材料可以包括任意适量的间隔物。在一些实施方案中，间隔物相对于排列层、介电层或液晶和聚合物复合材料的总重量构成的重量百分比为约0.1重量％至约1重量％、约0.1重量％至约0.2重量％、约0.2重量％至约0.3重量％、约0.3重量％至约0.4重量％、约0.4重量％至约0.5重量％、约0.5重量％至约0.6重量％、约0.6重量％至约0.7重量％、约0.7重量％至约0.8重量％、约0.8重量％至约0.9重量％、约0.9重量％至约1重量％或约0.25重量％。

在一些实施方案中，光阀包含液晶和聚合物复合材料100。聚合物复合材料可以包含至少一种液晶化合物和手性掺杂剂。在一些实施方案中，液晶化合物可以包括向列液晶材料。在一些实施方案中，液晶化合物可以包括正介电液晶化合物。在一些实施方案中，液晶化合物和手性掺杂剂可以形成胆甾型液晶。可用于本发明的光阀的液晶化合物的一些非限制性实例包括MLC-2109、MLC-2125、MLC-2132、MLC-2133、MCL-2134、MLC-15600-000、MLC-15600-100、MLC-3003、MLC-3012和MLC-3016(德国默克(Merck,Germany))。液晶化合物的浓度可以通过从100中减去手性掺杂剂、反应性介晶和UV光引发剂的总量来计算。液晶化合物的重量％范围可以是聚合物复合材料总重量的约50重量％至约99重量％，或者是约50重量％至约55重量％、约55重量％约60重量％、约60重量％至约65重量％、约65重量％至约70重量％、约70重量％至约75重量％、约75重量％至约80重量％、约80重量％约85重量％、约85重量％至约90重量％、约90重量％至约95重量％、约95重量％至约99重量％、约52重量％、约53重量％、约54重量％、约71重量％、约72重量％、约73重量％、约74重量％、约82重量％、约83重量％、约84重量％、约85重量％、约86重量％、约87重量％、约88重量％，或是由这些值界定范围内的任何重量％。

在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料可以包含手性掺杂剂。手性掺杂剂和液晶化合物可以结合形成胆甾型液晶。在一些实施方案中，胆甾型液晶可具有大约0.38μm直至成对相对的透明电极之间的尺寸长度的约一半的胆甾节距。胆甾节距(p)可以使用以下方程计算：

其中c是手性掺杂剂的浓度，HTP是液晶化合物中的手性掺杂剂的螺旋扭曲力，这个数字取决于所使用的手性掺杂剂和手性掺杂剂混合在哪种液晶化合物中，因此对于R-811，其在MLC-2132中具有约10μm^-1的HTP，且c为5重量％，p为约2μm。在一些实施方案中，胆甾型液晶形成焦锥域，其中胆甾节距在约0.78μm至电池间隙长度的约一半的范围内。可以使用的手性掺杂剂的一些实例包括但不限于R-811、S-811、R-1011、S-1011、R5011和S5011(默克，德国)。

在一些实施方案中，胆甾型液晶可具有的胆甾节距为约0.1μm至约5μm、约0.1μm至约0.2μm、约0.2μm至约0.4μm、约0.4μm至约0.6μm、约0.6μm至约0.8μm、约0.8μm至约1μm、约1μm至约2μm、约2μm至约3μm、约3μm至约4μm、约4μm至约5μm、约0.38μm、约0.78μm、约5μm，或为由任何这些值限定的范围内的任何节距。

在一些实施方案中，手性掺杂剂可以包含单一对映异构体，或可以包含一对对映异构体。可以使用任何合适量的手性掺杂剂，包括的范围为0.1重量％至约10重量％、约1重量％至约10重量％、约2重量％至约9重量％、约3重量％至约8重量％、约4重量％至约7重量％、约5重量％至约6重量％、约7重量％至9重量％、约1重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约7.8重量％、约8重量％、约8.5重量％、约9重量％、约10重量％，或为由任何这些值界定的范围内的任何重量％。

在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料包含反应性介晶组合物。在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含至少一种反应性介晶。在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含至少一种可聚合单体。在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含光引发剂。在一些实施方案中，至少一种反应性介晶可以是LC242(Millipore Sigma)。在一些实施方案中，至少一种反应性介晶可以是RM 257(Millipore Sigma)。反应性介晶或可聚合单体的选择没有特别限制，本领域技术人员可以确定任何合适的反应性介晶或可聚合单体。

在一些实施方案中，反应性介晶组合物可以包含聚合物网络。在聚合过程中，紫外线辐射和外部电场被施加到液晶单元，并且至少一种反应性介晶与光引发剂结合形成聚合物网络。外部电场有助于垂直排列构成聚合物网络的聚合物纤维。外部电场的施加还促进液晶手性螺旋的展开，从而确保液晶和聚合物网络与电极平面的垂直排列。反应性介晶的浓度在约0.1重量％至最高临界体积浓度的范围内。临界体积浓度是反应性介晶的浓度，其中一旦移除聚合期间施加的外部和/或内部电场，胆甾型液晶将不再从光学透明的垂直状态松弛到胆甾螺旋状态。如果反应性介晶超过临界浓度，胆甾型液晶将保持螺旋展开状态，在聚合后无法返回其焦锥状态，而使光阀保持在光学透明状态。临界体积浓度是确保在同向光学透明状态下固化后，胆甾型液晶可以在去除外部(和内部)电场后返回其焦锥状态所必需的反应性介晶的浓度。临界体积浓度可以使用方程C＝2π³R²/p²计算，其中C是反应性介晶的浓度；R是聚合物纤维的平均横截面半径；p是液晶的胆甾节距长度。

反应性介晶的重量％可以在液晶和聚合物复合材料总重量的0.1重量％至约40重量％的范围内。在一些实施方案中，反应性介晶的浓度可为1重量％至约35重量％、约4重量％至约15重量％、约1重量％、约1重量％至约5重量％、约5重量％至约10重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约25重量％、约25重量％至约30重量％、约30重量％至约35重量％、约35重量％至约40重量％、约1重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约4.6重量％、约4.7重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％、约16重量％、约17重量％、约18重量％、约19重量％、约20重量％、约21重量％、约22重量％、约23重量％、约24重量％、约25重量％、约26重量％、约27重量％、约28重量％、约29重量％、约30重量％、约31重量％、约32重量％、约33重量％、约34重量％、约35重量％、约36重量％、约37重量％、约38重量％、约39重量％、约40重量％，或为由任何这些值界定的范围内的任何重量％。

在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料还可以包含光引发剂。在一些实施方案中，光引发剂可以是紫外线(UV)光引发剂。在一些实施方案中，UV光引发剂可以包含

651(BASF Chemical Co.,Ludwigshafen,Germany)。引发剂的选择没有特别限制；引发剂可以是UV或热活化引发剂等，本领域技术人员可以根据工艺条件和光阀的应用选择合适的引发剂。

UV光引发剂的重量百分比(重量％)是相对于反应性介晶总重量的重量％，因此1重量％是指反应性介晶总量的1％。例如，如果UV光引发剂是1重量％且反应性介晶是4.7重量％，则UV光引发剂是4.7重量％的1％，为前体制剂总重量的约0.047重量％。UV光引发剂的重量％可以为约0.035重量％至约5重量％、约0.03重量％至约4重量％、约0.035至约3重量％、约0.4重量％至约2重量％、约0.5至约1重量％、约0.04重量％至约0.05重量％、约0.046重量％、约0.047重量％、约0.1重量％、约0.15重量％、约0.2重量％、约0.25重量％、约0.3重量％、约0.35重量％、约0.4重量％、约0.45重量％、约0.5重量％、约0.55重量％、约0.6重量％、约0.65重量％、约0.7重量％、约0.75重量％、约0.8重量％、约0.85重量％、约0.9重量％、约0.95重量％、约1重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％，或为由任何上述值界定的范围内的任何重量％。

在一些实施方案中，光阀还可以包含至少一个排列层。在一些实施方案中，排列层可以包含聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)和/或它们的组合。在一些实施方案中，排列层可以包含SE-5661(Nissan Chemicals，Tokyo，Japan)。在一些实施方案中，由于在施加的电场下的固化期间形成的聚合物网络和聚合物表面结构，液晶制剂的排列可以通过聚合物持续排列来提供。

在一些实施方案中，光阀还可以包含至少一个介电层。介电层可以包含透明无机材料。本领域技术人员可以选择落入本公开范围内的任何合适的介电材料。可以在不脱离本文描述的思想的情况下决定特定器件组件的选择和变化。在一些实施方案中，介电层可以包含氧化硅(SiO_x)。在另一个实施方案中，介电层可以包括氧化铝(Al₂O₃)。

本公开的光阀可具有任何合适厚度的一个或多个排列层和/或介电层。在一些实施方案中，一个或多个排列层和/或一个或多个介电层可厚度为约1nm至约1μm、约1nm至约50nm、约50nm至约100nm、约100nm至约200nm、约200nm至约300nm、约300nm至约400nm、约400nm至约500nm、约500nm至约600nm、约600nm至约700nm、约700nm至约800nm、约800nm至约900μm、约900nm至约1μm、约50nm,100nm、约150nm、约200nm，或为由任何这些值界定的范围内的任何厚度。

在一些实施方案中，在没有图像残留的情况下，可以通过直流(DC)将光阀从焦锥状态驱动到透明状态。当本公开的光阀在DC模式下操作时，建议施加相反极性的脉冲以进一步降低不期望的图像残留视觉现象的可能性。图3是描绘通过施加极性相反周期性直流脉冲来保持透明光学状态的驱动方案的曲线图。

在一些实施方案中，光阀可用作慢速放电电容器。

在一些实施方案中，光阀可以利用存储的内部电场保持其透明状态至多40分钟。在一些实施方案中，光阀可以利用存储的内部电场保持其透明状态至多60分钟。在一些实施方案中，光阀可以利用存储的内部电场保持其透明状态至多90分钟。

在一些实施方案中，光阀可具有约50-70分钟或约60分钟的RC时间常数(τ)。在一些实施方案中，光阀可以通过反向极性短直流脉冲保持透明状态。图2是器件的性能的图形表示，τ＝60分钟，在透明状态下，同时利用内部存储的电场，V_o-t＝30V是将器件从不透明状态切换到其透明状态所需的最小电压，V₀＝60V是初始充电电压(是V_o-t的两倍)，并且t_o-t是器件在内部存储的电场下保持透明的时间。因此，具有τ＝60分钟的器件需要大约每40分钟的短直流脉冲以保持透明光学状态。图3是表示具有τ＝60分钟的器件中的相反极性直流脉冲的图。只要在短于t_o-t的时间间隔内施加直流脉冲，器件就会保持其透明状态。

本公开的光阀在具有10μm电池间隙的器件中在低于60Hz的频率下在3V/μm的AC电场下可消耗约0.037W/m²的功率。当光阀由间歇性相反极性直流电场脉冲供电时，功耗可有效降低到μW/m²范围。

在一些实施方案中，液晶化合物可以是正介电各向异性材料。反应性介晶组合物可以包含至少一种反应性介晶。

在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料布置在限定的电极平面内，该限定的电极平面形成在这对相对的透明电极之间并与这对相对的透明电极电连通。在电极和功能化排列层或介电层之间存在物理接触的情况下，聚合物复合前体组合物与排列层或介电层物理接触和电连通。在一些实施方案中，聚合物复合材料包含反应性介晶组合物。在一些实施方案中，反应性介晶组合物包含至少一种反应性介晶和光引发剂。在一些实施方案中，液晶和聚合物复合材料在存在外部电场的情况下在紫外线辐射下固化。外部电场促进相对于电极平面的垂直排列和聚合物网络的形成，同时还在固化期间使液晶材料排列成透明垂直状态(参见图1A中的107)。在一些实施方案中，至少一种反应性介晶和光引发剂可以形成聚合物网络(参见图1A和1B中的106)，其相对于一对相对的部分透明电极(参见图1A和1B中的102A和102B)基本上垂直地排列。在一些实施方案中，当聚合物网络垂直排列时，光阀可以在零电场中处于光学焦锥散射状态(参见图1B中的108)。一些实施方案包括光阀，其中在低于60Hz的频率下足以实现透明度的电压量可以小于3V/μm。

一些实施方案包括光阀，其中所述光阀还包括排列层(参见图1A和1B中的101A和101B)。排列层没有特别限制并且可以采用任何合适的排列层。在一些实施方案中，排列层可以包括聚酰亚胺。聚酰亚胺排列层可以是市售的，例如SE-6551(Nissan ChemicalCorp.，Tokyo，Japan)。在其它实施方案中，光阀可以包括介电层。在其他实施方案中，没有排列层，而存在是介电层。在一些实施方案中，排列层可具有双重作用，其中既用作排列层又用作介电层。因此，图1和图1A和图1B中的元件101可以是排列层或介电层。其他合适的排列层/介电层包括SE-4811、SiO_x和Al₂O₃。

在一些实施方案中，前体液晶/反应性介晶混合物进一步包含离子捕获纳米颗粒。在一些实施方案中，离子捕获纳米颗粒包含NiO。在一些实施例中，离子捕获纳米颗粒包含TiO₂。在一些实施方案中，离子捕获纳米颗粒包含NiO和TiO₂。可以使用任何合适量的离子捕获纳米颗粒。在一些实施方案中，离子捕获纳米颗粒的总量可为前体液晶/反应性介晶混合物的总重量的约0.01重量％至约2重量％。在一些实施方案中，纳米颗粒的存在量为约0.01重量％至约0.05重量％、约0.05重量％至约0.1重量％、约0.1重量％至约0.25重量％、约0.25重量％至约0.5重量％、约0.5重量％至约0.75重量％、约0.75重量％至约1重量％、约1重量％至约1.25重量％、约1.25重量％至约1.5重量％、约1.5重量％至约1.75重量％、约1.75重量％至约2重量％，或为约0.05重量％、约0.1重量％，或为由任何这些范围中界定的任何重量百分比。

在一些实施方案中，离子捕获纳米颗粒的尺寸可为约1nm至约100nm。离子捕获纳米颗粒的尺寸通常通过它们的直径来测量。离子捕获纳米颗粒的尺寸可为约1nm至约10nm、约1nm至约2nm、约2nm至约3nm、约3nm至约4nm、约4nm至约5nm、约5nm至约6nm、约6nm至约7nm、约7nm至约8nm、约8nm至约9nm、约9nm至约10nm、约10nm至约25nm、约25nm至约50nm、约50nm至约75nm、约75nm至约100nm，或为约1nm、约5nm、约10nm，或由这些值中的任何值界定的范围内的任何尺寸。

在一些实施方案中，光阀可具有约50-70分钟或约60分钟的RC时间常数。放电时间常数可由方程τ＝R*C计算，其中τ为时间常数，R为整个器件的电阻，并且C为器件的电容。认为可选的排列层在本公开中用作介电层。介电层可防止器件发生电短路，并在器件充分充电时影响光学状态的稳定性。已经发现，当存在某种聚酰亚胺排列层，例如SE-6551(Nissan)时，透明状态可以在无需连续供电的情况下保持至多40分钟。认为本公开的光阀在所施加的外部电场被关闭并在由RC时间常数控制的时间段内慢速放电时存储内部电场。认为光阀的操作类似于具有扁平电极配置的慢速放电电容器。本公开的光阀可以利用存储的内部电场保持其光学透明状态至多40分钟。这种内部电场的存储和慢速放电速率使光阀能够消耗超低功率。光阀可以通过内部存储的电场保持光学透明状态，而光阀只需要相反极性的短直流脉冲以保持透明状态。光阀可以简单地通过将器件电短路(其中切换发生在1毫秒内)或通过允许内部存储的电场完全放电来从透明状态切换到不透明焦锥状态。因此，光阀只需要短周期电脉冲以在透明状态下操作。光阀不需要任何电场就可以无限期地保持在不透明的焦锥状态。在一些实施方案中，光阀可以用交流电源操作。在一些实施方案中，光阀可以用直流电源操作。在一些实施方案中，光阀可以包括慢速放电电容器。在一些实施方案中，电池间隙为10μm的光阀在低于60Hz的频率下在3V/μm下消耗约约0.02W/m²-0.06W/m²、约0.03W/m²-0.04W/m²或约0.037W/m²的功率。这种功耗测量与光阀在AC场下操作时相关，而在短直流脉冲下操作时功耗可以低得多。当光阀由间歇性反极性直流(DC)脉冲供电时，时间平均有效功耗可以在μW/m²量级。

在一些实施方案中，本公开的光阀在充电状态下是高度透明的。在一些实施例中，透明状态的雾度小于约5％。在一些实施方案中，透明状态下的雾度可为约0.1％至约0.5％、约0.1％至约0.5％、约0.5％至约1％、约1％至约2％、约2％至约3％、约3％至约4％、约4％至约5％，或为约2％、约4％，或为由这些值中任意值界定的范围内的任何雾度。

在一些实施方案中，本公开的光阀在未充电或默认状态下是高度不透明的。在一些实施例中，不透明状态的雾度大于约80％。在一些实施方案中，不透明状态的雾度可为约80％至约82％、约82％至约84％、约84％至约86％、约86％至约88％、约88％至约90％、约90％至约92％、约92％至约94％、约94％至约96％、约96％至约98％、约98％至约100％，或为约85％、约86％、约86.5％、约87％约87.3％、约88重量％，或为由这些值中的任何值界定的范围内的任何雾度。

一些实施方案包括用于制备本公开的光阀的方法。该方法包括：将反应性介晶组合物、至少一种液晶化合物和手性掺杂剂布置在位于一对相对电极之间的聚合物复合材料的未固化前体中；在60Hz下，在约50mV/μm至约50V/μm范围内的外部电场存在下聚合液晶和聚合物复合材料，其中液晶化合物和手性掺杂剂形成胆甾型液晶和在固化后移除外电场，其中胆甾型液晶重新定向为焦锥散射态。在一些方法中，反应性介晶组合物的聚合可在固化的聚合物复合材料内形成聚合物网络。在一些方法中，聚合物网络可以平行于施加的外部电场排列。认为在液晶和聚合物复合材料中加入聚合物网络会产生有效的排列场，使液晶与聚合物网络平行排列，从而产生透明状态。为了将液晶取向从透明状态切换到不透明焦锥散射状态，施加的电场通常大于聚合物网络的有效排列场。认为在本公开中，反应性介晶的浓度正好低于临界浓度，其中在施加外部电场的聚合期间，液晶与聚合物网络以平行方式排列，但是当外部电场被去除，在聚合后，聚合物网络的有效排列场不足以使液晶锚定在展开的平行(透明)状态，因此液晶返回其松弛的焦锥散射(不透明)状态。还认为通过将反应性介晶浓度保持在正好低于该临界阈值，本公开的光阀器件实现非常低的功耗。在一些实施方案中，该方法包括的至少一种反应性介晶的浓度在约0.1重量％至约40重量％之间，其中重量％基于可聚合前体混合物的总重量。在一些实施方案中，该方法描述一种光阀，其中实现透明度的电压在小于60Hz的频率下小于3V/μm。本文公开的一些方法描述可以具有约50-70分钟或约60分钟的RC时间常数(τ)的光阀。其他方法包括可以包括慢速放电电容器的光阀。认为如本文所述，向光阀加入排列层有助于保持内部电荷。进一步认为，由于排列层，光阀的操作类似于慢速放电电容器。还进一步认为，慢速放电电容器的功能有助于在直流电场的反极性脉冲的帮助下将器件无限期地保持在半稳定透明状态。还认为由于反向极性脉冲，光阀不会表现出与其他器件相关联的图像残留问题并且有助于降低本公开的光阀的总功耗。在一些实施方案中，该方法包括在小于60Hz的AC场下在3V/μm下可以消耗大约0.037W/m²的光阀。

在一些实施方案中，该方法包括制备任何上述光阀。

本文所述的光阀可用于控制通过窗户的光量和/或热量的方法。本文所述的光阀还可用于提供隐私、减少来自环境阳光的热量以及控制紫外线的有害作用。

在下文中，将更详细地描述示例性实施方案和方法。

实施方案

实施方案1一种光阀，所述光阀包含：

限定电极平面的一对相对的透明电极；

聚合物复合材料，所述聚合物复合材料包含焦锥状态的液晶和聚合物网络，所述聚合物网络包含垂直于透明电极平面排列的多个聚合物网络，所述聚合物复合材料布置在透明电极之间并与其电连通，所述聚合物复合材料包含至少一种液晶体化合物、手性掺杂剂和至少一种反应性介晶组合物；其中向液晶和聚合物复合材料施加电场将焦锥状态的液晶构型切换为垂直排列的透明状态的液晶构型。

实施方案2根据实施方案1所述的光阀，其中所述焦锥状态的液晶具有约0.38μm至相对的透明电极对之间的尺寸长度的一半的胆甾节距。

实施方案3根据实施方案1所述的光阀，其中所述反应性介晶组合物包含至少一种反应性介晶和光引发剂。

实施方案4根据实施方案1所述的光阀，还包含与透明电极电连通的电源。

实施方案5根据实施方案1所述的光阀，还包含至少一个排列层。

实施方案6根据实施方案1所述的光阀，还包含至少一个介电层。

实施方案7根据实施方案6所述的光阀，其中所述至少一个介电层包含透明无机材料。

实施方案8根据实施方案1所述的光阀，其中所述光阀具有约60分钟的RC时间常数(τ)。

实施方案9根据实施方案1所述的光阀，其中由于相反极性短直流脉冲(小于1秒)的周期性施加，所述光阀保持透明状态。

实施方案10根据实施方案1所述的光阀，其中所述光阀在3V/μm和低于60Hz AC的频率下消耗约0.037W/m²。

实施方案11根据实施方案1所述的光阀，其中所述透明状态由外部电场保持。

实施方案12根据实施方案1所述的光阀，其中所述光阀用内部存储的电场保持透明状态至多40分钟。

实施方案13根据实施方案1所述的光阀，其中所述至少一种液晶化合物是正介电各向异性液晶化合物。

实施方案14根据实施方案1所述的光阀，其中所述光阀用作慢速放电电容器。

实施方案15根据实施方案1所述的光阀，其中所述至少一种反应性介晶的浓度在约0.1重量％至约40重量％之间。

实施方案16根据实施方案1所述的光阀，其中在低于60Hz AC的频率下足以实现透明度的电压量小于3V/μm。

实施方案17一种制备光阀的方法，所述方法包括：

确定前体液晶制剂中的反应性单体的含量在低于临界浓度的水平，所述临界浓度取决于胆甾型液晶节距长度和聚合物网络纤维的平均横截面(半径)；

将反应性介晶组合物、至少一种液晶化合物和手性掺杂剂布置在一对透明相对电极之间的未固化聚合物复合材料中；

在60Hz下在约50mV/μm至约50V/μm范围内的外部电场的存在下聚合液晶和聚合物复合材料，其中所述至少一种液晶化合物和手性掺杂剂形成胆甾型液晶；并且

在固化后移除外电场，其中所述胆甾型液晶重新取向为焦锥散射态。

实施方案18根据实施方案18所述的方法，其中所述反应性介晶的聚合包括在胆甾型液晶环境内形成聚合物网络。

实施方案19根据实施方案18所述的方法，其中所述聚合物网络的形成包括平行于施加的外部电场排列聚合物网络。

实施方案20根据实施方案1所述的光阀，还包含相对于所述前体液晶/反应性介晶混合物为约0.01重量％至约2.0重量％的离子捕获纳米颗粒；其中所述离子捕获纳米颗粒包含NiO和TiO₂；并且其中所述纳米颗粒的加入保持光阀的低功耗和操作稳定性。

实施例

已经发现，与其他形式的光阀相比，本文描述的聚合物网络液晶光阀的实施方案具有改进的性能。这些益处通过以下实施例进一步证明，这些实施例仅旨在说明本公开而不旨在以任何方式限制范围或基本原理。

可聚合液晶混合物PLC-1至PCL-5的制备：

对于PLC-1，将87.5份(重量％)的向列液晶材料MLC-2132(Millipore SigmaInc.Burlington,MA,USA)、7.8份(重量％)手性掺杂剂R-811(Millipore Sigma)、4.7份(重量％)可聚合反应性介晶组合物(99份LC242(Millipore Sigma)、1份UV光引发剂

651

651(Ciba Specialty Chemicals,Inc.,Basel,Switzerland)的混合物在100mL玻璃烧瓶中混合。将浆料加热至正好高于澄清点并使用涡旋混合器混合以形成均匀混合物。然后，将该混合物在室温(RT)下脱气以确保过量空气排出混合物。

对另外的混合物PLC-2至PLC-5重复配制过程，不同之处在于各组分的质量比，列在表1中。

可聚合液晶混合物PCL-6的制备：

对于PLC-6，遵循PLC-1(以上)的步骤，根据PLC-3的材料，在涡旋混合前，进一步将镍(NiO)和钛(TiO₂)纳米颗粒的混合物各自以0.05重量％的量加到最终浆料中。加入镍和钛纳米颗粒的目的是捕获离子以保持液晶的高电阻率，从而在器件的整个工作寿命期间保持低功耗。所采用的TiO₂纳米颗粒的直径为5nm，并且所采用的NiO纳米颗粒的直径为10-20nm。两种类型的纳米颗粒均购自US Research Nanomaterials。

表1：混合物制剂

*NiO(0.05重量％)和TiO₂(0.05重量％)也在混合前加入。

聚合物网络液晶光阀的制备：

ITO玻璃基板(3.00英寸×3.00英寸，薄膜器件，Anaheim,CA,USA)可直接从制造商处获得。或者，可在玻璃表面上制造ITO电子传导层以产生导电基板。通过在表面上流动加压氮气来清除ITO基板上的灰尘颗粒，然后在反射光下检查以确保没有可见的灰尘颗粒残留。如果在样品中使用排列层，则将ITO基板放置在旋涂机(Mikasa Spin Coater 1H-DX2,Mikasa Co.Led.,Tokyo,Japan)上，ITO涂覆的表面朝上。使用2,000rpm、20秒的设置，在没有稀释的情况下将排列层涂覆到ITO基板上。在ITO基板之一上，将10μmNanoMicro HT100微球间隔物以相对于排列层重量约0.25重量％加到排列层中，并涂覆到ITO表面上。接下来，将涂覆的基板放置在金属板上，然后将金属板直接放置在烤架上，以确保均匀的热传递到基板并在制造商推荐的温度和持续时间下烘烤以固化排列层。

对于存在介电层的实施例，介电层直接溅射在基板上的导电ITO层上。SekisuiSP210间隔物以1重量％在2-丙醇中混合，然后使用手持式Preval喷雾器(ChicagoAerosol,Coal City,Illinois)进行湿喷雾以在介电层表面产生大约100个间隔物/mm²的表面密度。接下来，在室温下将涂覆的基板干燥5分钟，仅留下分散在整个表面上的隔离物。

接下来，将制备的基板，一个包含间隔物，而另一个不具有间隔物，放置在彼此的顶部，使得ITO表面相对，形成约10μm的气隙。然后用四个回形针固定四个角以将基板保持在一起。接下来，通过在热板上在100℃下软烘烤基板5分钟来预热基板叠片(电池)。然后，将可聚合液晶混合物毛细管填充到气隙中。然后将填充的电池在室温下冷却。通过推动单元的有源区域来去除过量的可聚合液晶混合物以避免电池间隙扭曲。

用强度为15mW/cm²的紫外光照明(Larson Electronics Co.，DCP-11-DP型，Kemp，Texas，USA)照射该组件15分钟。在固化期间，保持60V和60Hz的交流电压，这是完全垂直排列液晶并诱导透明状态所需的电压的大约两倍。在固化并去除外部电压后，由于反应性介晶的浓度选择为正好低于临界浓度，因此该器件返回到不透明的光散射状态。

在UV固化后，可以用密封剂(例如NOA68 UV胶)密封边缘以保护液晶元件。在相同的UV照射下，将电池固化1小时以硬化胶水，器件的有源区(active area)域覆盖有铝箔。

之后，聚合物网络液晶光阀的两个基板可以通过焊接线电连接到ITO端子，使得每个导电基板与电压源电连通，其中该连通使得当施加电压源时，在整个器件中将产生电场。电压源将在器件上提供必要的电压以实现到透明状态的切换。

光学(雾度)测量：

光阀的光学特征通过在存在和不存在电场的情况下测量允许穿过每个制造的光阀的光来表征，参见图4，为器件在其不透明和透明状态下的代表性图像。使用雾度计(Nippon Denshoku NDH 7000；NDK，日本)测量样品的透光率数据，每个样品放置在器件内。在不存在任何样品的情况下直接测量光源以提供总透射光的基线测量。然后，将样品直接放置在光路中，使得发射的光穿过样品。然后将样品放入雾度计中，经由电线连接到电压源(3PN117C可变变压器；Superior Electric，Farmington，CT，USA)，一根电线连接到每个端子和器件上的相应ITO玻璃基板，使得在电压源通电或施加电压时将电场施加到器件上。然后，测量透射过样品的发射光，首先不施加电压，然后施加不同幅度的电压，范围为0伏至60伏，以5伏增量进行测量；在不同时间进行雾度测量。参见图5，为雾度水平对施加电压的测量曲线的代表性示例。

功耗测量：

功耗P通过测量施加到光阀的电压幅度V_RMS、产生的通过光阀的电流幅度I_RMS以及电压和电流之间的相移θ来确定。功耗通过P＝V_RMS*I_RMS*Cos(θ)计算。参见图6，确定功耗所需的测量电压和电流信号的代表性示例。

测量的结果总结在表2中(并且对于PLC-3示于图5中)。

表2.雾度测量结果

器件	％雾度透明	％雾度不透明
			PLC-1	2	88
PLC-2	2	85
			PLC-3	2	85
PLC-4	3.70	86.5
			PLC-5	3.63	87.3
PLC-6	2	87

虽然已经结合实施方案示出和描述本公开，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离由所附实施方案限定的本公开的精神和范围的情况下可以进行修改和变化。

除非本文另有指示或与上下文明显矛盾，否则在描述本公开的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)使用的术语“一(a/an)”、“一个(a/an)”、“该/所述(the)”和类似指代应被解释为涵盖单数和复数二者。除非本文另有指示或与上下文相矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如/例如/如”)的使用仅旨在更好地阐明本公开而不对任何权利要求的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应被解释为指示对本公开的实践至关重要的任何未要求保护的元素。

本文公开的替代元件或实施方案的分组不应被解释为限制。每个组成员可以单独或与组的其它成员或本文发现的其它元素的任何组合被提及和要求保护。为方便起见，预期一个组的一个或多个成员可被包括在组中或从组中删除。

本文描述某些实施方案，包括发明人已知的用于进行本公开的最佳模式。当然，在阅读上述描述后，这些描述的实施方案的变化对于本领域技术人员或普通技术人员将变得显而易见。发明人期望技术人员适当地采用这种变化，并且发明人旨在以不同于本文具体描述的方式来实践本公开。因此，权利要求包括适用法律允许的所有修改和等同物，或权利要求中记载的主题。此外，除非本文另有说明或以其他方式与上下文明显矛盾，否则可以预期上述元素在其所有可能变体中的任何组合。

最后，应当理解，本文公开的实施方案是对权利要求的原理的说明。因此，作为示例而非限制，可根据本文的教导使用替代实施方案。因此，权利要求不限于所示或描述的实施方案。

Claims

1.一种光阀，所述光阀包括：

限定电极平面的一对相对的透明电极；

聚合物复合材料，所述聚合物复合材料包含焦锥状态的液晶和聚合物网络，所述聚合物网络包含垂直于所述电极平面排列的多个聚合物网络域，所述聚合物复合材料布置在所述透明电极之间并与所述透明电极电连通，所述聚合物复合材料包含至少一种液晶化合物、手性掺杂剂和至少一种反应性介晶组合物；和

其中向所述聚合物复合材料施加电场将所述液晶从焦锥状态切换到垂直排列的透明状态。

2.根据权利要求1所述的光阀，其中所述焦锥状态的液晶具有约0.38μm至所述一对相对的透明电极之间的间隙长度的约一半的胆甾节距。

3.根据权利要求1所述的光阀，其中所述反应性介晶组合物包含至少一种反应性介晶和光引发剂。

4.根据权利要求1所述的光阀，还包含与所述一对相对的透明电极电连通的电源。

5.根据权利要求1所述的光阀，还包含至少一个排列层。

6.根据权利要求1所述的光阀，还包含介电层。

7.根据权利要求6所述的光阀，其中所述介电层包含透明无机材料。

8.根据权利要求1所述的光阀，其中所述光阀具有约50分钟至约70分钟的RC时间常数(τ)。

9.根据权利要求1所述的光阀，其中由于相反极性直流脉冲的周期性施加，所述光阀保持透明状态。

10.根据权利要求1所述的光阀，其中所述光阀在低于60Hz AC的频率下在3V/μm下消耗约0.03W/m²至约0.04W/m²。

11.根据权利要求1所述的光阀，其中所述透明状态由外部电场保持。

12.根据权利要求1所述的光阀，其中所述光阀用内部存储的电场保持透明状态至少约30分钟。

13.根据权利要求1所述的光阀，其中所述至少一种液晶化合物是正介电各向异性液晶化合物。

14.根据权利要求1所述的光阀，其中所述光阀用作慢速放电电容器。

15.根据权利要求1所述的光阀，其中所述至少一种反应性介晶的浓度为约0.1重量％至约40重量％。

16.根据权利要求1所述的光阀，其中在低于60Hz AC的频率下，足以实现透明的电压量小于3V/μm。

17.根据权利要求1所述的光阀，其中所述聚合物网络还包含约0.01重量％至约2.0重量％的离子捕获纳米颗粒；其中所述离子捕获纳米颗粒包含NiO和TiO₂；并且其中所述离子捕获纳米颗粒的加入保持所述光阀的低功耗和操作稳定性。

18.一种制备前述权利要求中任一项所述的光阀的方法，所述方法包括：

在一对相对的透明电极之间的未固化聚合物复合材料中布置反应性介晶组合物、至少一种液晶化合物和手性掺杂剂；

在60Hz下，在约50mV/μm至约50V/μm范围内的外部电场存在下，聚合所述聚合物复合材料以形成所述聚合物网络，其中所述至少一种液晶化合物和所述手性掺杂剂形成胆甾型液晶；并且

在固化后移除外部电场，其中所述胆甾型液晶重新取向为焦锥散射态。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述聚合物网络还包含离子捕获纳米颗粒，其中所述离子捕获纳米颗粒包含NiO和TiO₂。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述反应性介晶的聚合包括在固化的聚合物复合材料内形成聚合物网络。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述聚合物网络的形成包括平行于所述施加的外部电场排列聚合物网络。