CN113917729B - 一种基于电响应的反式调光玻璃及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电响应的反式调光玻璃及制备方法，其中反式调光玻璃包括相对设置的两块透明基板，两块透明基板相对的表面各涂覆一层导电ITO涂层，导电ITO涂层的表面涂覆有平行取向层，两块透明基板于平行取向层之间形成有夹层空间，夹层空间填充有聚合物分散液晶；液晶分散于形成的聚合物网络之中；该夹层空间未施加电场时，液晶和液晶性可聚合单体均为平行取向，以使得反式调光玻璃呈现均一光介质而呈透明态；通过导电ITO涂层对夹层空间施加电场时，液晶平行于电场方向的取向，导致折射率不匹配，使得反式调光玻璃呈现散射态。本发明反式调光玻璃的力学性能好，聚合物网络不易破坏，实用性强，且使用寿命较长。

Description

一种基于电响应的反式调光玻璃及制备方法
技术领域
本发明涉及调光玻璃设计领域，具体涉及一种基于电响应的反式调光玻璃及制备方法。
背景技术
现有的汽车车窗玻璃表面通常会贴一层太阳膜，该太阳膜对可见光有较高的阻断作用，虽然提高了车内的私密性，但同时也会对车内人员的可视性存在较大影响，从而造成一些安全隐患。该太阳膜一旦贴上去之后，其光学性能无法随车内人员的喜好或者环境的变化而进行明暗调节，难以满足人们根据需要随时改变车内明暗环境的需求。
针对上述贴膜车窗玻璃的局限性，大多采用电控反式调光玻璃来替代传统车窗玻璃。反式调光玻璃可以起到窗帘的作用，在散射态时可以很好的保护车内的隐私性，施加不同的电压反式调光玻璃的透过率也不相同，因此可以实现乘车人对车内明暗环境和可视性变化的自主调节。在撤去电场时，在基板取向层和聚合物网络的双重作用下，液晶回复到平行于基板的取向状态，因此在发生危险无法供电的情况下，依然可以保证良好的光透过率，降低因车窗视野不佳带来的危害。
然而，传统的电控反式调光玻璃一般为负性调光膜技术，使用聚合物稳定液晶(PSLC)结构，其主要缺点是薄膜力学性能差，聚合物网络容易被破坏，导致实用性差，且使用寿命较短。
发明内容
基于此，本发明提供了一种基于电响应的反式调光玻璃及制备方法，以解决现有技术的电控反式调光玻璃存在薄膜力学性能差，聚合物网络容易被破坏，导致实用性差，且使用寿命较短的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于电响应的反式调光玻璃，其包括相对设置的两块透明基板，所述两块透明基板相对的表面各涂覆一层导电ITO涂层，所述导电ITO涂层的表面涂覆有平行取向层，所述两块透明基板于所述平行取向层之间形成有夹层空间，所述夹层空间填充有聚合物分散液晶；
所述聚合物分散液晶包括液晶性可聚合单体、非液晶性可聚合单体、液晶和光引发剂，在紫外光的辐照下，所述光引发剂产生自由基导致反应发生并形成聚合物网络，所述液晶分散于形成的聚合物网络之中；
该夹层空间未施加电场时，所述液晶和液晶性可聚合单体均为平行取向，以使得反式调光玻璃呈现均一光介质而呈透明态；通过导电ITO涂层对夹层空间施加电场时，液晶平行于电场方向的取向，导致折射率不匹配，使得反式调光玻璃呈现散射态。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述液晶为正性液晶。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述聚合物分散液晶包含0-50质量份的液晶性可聚合单体、0-50质量份的非液晶性可聚合单体、40-89质量份的正性液晶和0.25-3质量份的光引发剂。
作为本发明的进一步优选技术方案，所述反式调光玻璃还包括电源组件，两块所述透明基板的导电ITO涂层分别与所述电源组件的两极连接。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其包括以下步骤：
S1，取两块均带有一层导电ITO涂层的透明基板，并对导电ITO涂层的表面进行平行取向处理以形成平行取向层；
S2，将两块透明基板上形成有平行取向层的一面相对设置，并将平行取向层之间的夹层空间制成液晶盒；
S3，取液晶性可聚合单体、非液晶性可聚合单体、液晶和光引发剂按预设比例混合制作成聚合物分散液晶，并将配置好的聚合物分散液晶灌入液晶盒中；
S4，用紫外光照射灌装好的液晶盒，以使聚合物分散液晶固化得到反式调光玻璃；
S5，将做好的反式调光玻璃通过两层导电ITO涂层分别与电源组件的两电极分别连接。
作为本发明的进一步优选技术方案，S2中制作所述液晶盒的两块透明基板之间还设有封装胶框，所述封装胶框用于将所述两块透明基板固定在一块，同时对液晶盒进行密封；
作为本发明的进一步优选技术方案，S2中制作所述液晶盒的夹层空间内掺入间隔粒子，所述间隔粒子用于控制液晶盒的盒厚，以达到控制反式调光玻璃厚度的目的。
作为本发明的进一步优选技术方案，S4中所用紫外光的光强为1-10mW/cm2，光照时间为1-10min。
作为本发明的进一步优选技术方案，S3中对液晶盒进行灌装和S4中进行紫外光照射时，均在室温至50℃之间的温度下进行。
本发明的基于电响应的反式调光玻璃及制备方法，其中，通过采用上述技术方案的制备方法制备得到的基于电响应的反式调光玻璃，使得该反式调光玻璃在未施加电场时，呈现透明态，施加有电压时，则呈现不透明状态(散射态)，而且在撤去电场后，在平性取向层和聚合物网络的共同作用下，液晶分子能很快回复到平行取向状态并恢复成透明态，且通过施加电场的电压大小可实现对反式调光玻璃的透光性进行调节，从而满足用户对透光度的调节需求；另外，相比现有技术，该反式调光玻璃的力学性能好，聚合物网络不易破坏，实用性强，且使用寿命较长。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明基于电响应的反式调光玻璃提供的一实施例的结构图；
图2为本发明基于电响应的反式调光玻璃提供的一实施例的工作原理图；
图3为本发明基于电响应的反式调光玻璃提供的一实施例的电光性能曲线。
图中：1、透明基板，2、导电ITO涂层，3、平行取向层，4、液晶，5、聚合物网络，6、液晶性网络。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图2所示，本发明提供了一种基于电响应的反式调光玻璃，包括两块均涂覆一层导电ITO涂层2的透明基板1，两透明基板1的导电ITO涂层2分别与电源组件的两极连接，导电ITO涂层2的表面涂覆有平行取向层3，两块透明基板1于平行取向层3之间形成有夹层空间，夹层空间填充有聚合物分散液晶，其中，平行取向层3的作用是引导液晶分子平行于透明基板1取向。
所述聚合物分散液晶包括液晶性可聚合单体、非液晶性可聚合单体、液晶4和光引发剂，其中，液晶4优选为正性液晶。
该聚合物分散液晶(PDLC)一种液晶4聚合物复合材料，在紫外光的辐照下，光引发剂产生自由基导致反应发生并形成聚合物网络5，正性液晶分散于形成的聚合物网络5之中，同时，在聚合反应完成后还会产生液晶性网络6。
参阅图1所示，此时，该夹层空间未施加电场时，所述液晶4和液晶性可聚合单体均为平行取向，以使得反式调光玻璃呈现均一光介质而呈透明态；参阅图2所示，通过导电ITO涂层2对夹层空间施加电场时，液晶分子平行于电场方向的取向，导致折射率不匹配，使得反式调光玻璃呈现散射态。
上述聚合物分散液晶中各原料的质量份配比如下：
液晶性可聚合单体0-50份；
非液晶性可聚合单体0-50份；
正性液晶40-89份；
光引发剂0.25-3份。
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下将通过具体实施方法对本发明作进一步地详细说明。
实施例1
制备两块均涂覆一层导电ITO涂层2的透明基板1，透明基板1选用玻璃材质，分别在透明基板1的导电ITO涂层2表面上涂覆平性取向层；将两块所述透明基板1的平行取向层3相对设置，中间掺入控制夹层空间厚度的间隔粒子，制成液晶4盒；取20质量份液晶性可聚合单体、10质量份的非液晶性可聚合单体、2质量份的光引发剂、68质量份的液晶4，称量好后，在不含紫外光的黄光环境下，将混合物加热至70℃，使液晶4转变为各向同性态，在该温度下将得到液晶4混合溶液注入液晶4盒中，并保温30min使液晶分子取向；而后放置于光照强度为5mW/cm2的紫外光下固化5min，使可聚合单体之间键合成聚合物网络5；将两块透明基板1的导电ITO涂层2分别与电源组件的两电极相连接，该电源组件包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和透明基板1之间的电路中串联一电源开关，即可得到基于电响应的反式调光玻璃。
得到的基于电响应的反式调光玻璃在电源开关断开时，即未对基于电响应的反式调光玻璃施加电场时，呈现透明态；闭合电源开关，此时在两块玻璃基板之间施加有电压，反式调光玻璃呈现不透明状态，即散射态，而且在撤去电场后，在平性取向层和聚合物网络5的共同作用下，液晶分子能很快回复到平行取向状态。
实施例2
制备两块均涂覆一层导电ITO涂层2的透明基板1，透明基板1选用玻璃材质，分别在透明基板1的导电ITO涂层2表面上涂覆平性取向层；将两块所述透明基板1的平行取向层3相对设置，中间掺入控制夹层空间厚度的间隔粒子，制成液晶4盒；取5质量份液晶性可聚合单体、5质量份的非液晶性可聚合单体、1质量份的光引发剂、89质量份的液晶4，称量好后，在不含紫外光的黄光环境下，将混合物加热至70℃，使液晶4转变为各向同性态，在该温度下将液晶4混合溶液注入液晶4盒中，并保温30min使液晶分子取向。而后放置于光照强度为5mW/cm2的紫外光下固化5min，使可聚合单体之间键合成聚合物网络5；将两块透明基板1的导电ITO涂层2分别与电源组件的两电极相连接，该电源组件包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和透明基板1之间的电路中串联一电源开关，即可得到基于电响应的反式调光玻璃。
得到的基于电响应的反式调光玻璃在电源开关断开时，即未对基于电响应的反式调光玻璃施加电场时，呈现透明态；闭合电源开关，此时在两块玻璃基板之间施加有电压，基于电响应的反式调光玻璃呈现不透明状态，即散射态，而且在撤去电场后，在平性取向层和聚合物网络5的共同作用下，液晶分子能很快回复到平行取向状态。
实施例3
制备两块均涂覆一层导电ITO涂层2的透明基板1，透明基板1选用玻璃材质，分别在透明基板1的导电ITO涂层2表面上涂覆平性取向层；将两块所述透明基板1的平行取向层3相对设置，中间掺入控制夹层空间厚度的间隔粒子，制成液晶4盒；取10质量份液晶性可聚合单体、10质量份的非液晶性可聚合单体、2质量份的光引发剂、78质量份的液晶4，称量好后，在不含紫外光的黄光环境下，将混合物加热至70℃，使液晶4转变为各向同性态，在该温度下将液晶4混合溶液注入液晶4盒中，并保温30min使液晶分子取向。而后放置于光照强度为5mW/cm2的紫外光下固化5min，使可聚合单体之间键合成聚合物网络5；将两块透明基板1的导电ITO涂层2分别与电源组件的两电极相连接，该电源组件包括一个直流电源，电压调节装置集成在直流电源中，使得电源的电压可控，在直流电源和透明基板1之间的电路中串联一电源开关，即可得到基于电响应的反式调光玻璃。
得到的基于电响应的反式调光玻璃在电源开关断开时，即未对基于电响应的反式调光玻璃施加电场时，呈现透明态；闭合电源开关，此时在两块玻璃基板之间施加有电压，基于电响应的反式调光玻璃呈现不透明状态，即散射态，而且在撤去电场后，在平性取向层和聚合物网络5的共同作用下，液晶分子能很快回复到平行取向状态。
为了分析基于电响应的反式调光玻璃受电场大小的影响，分次由电源组件提供不同大小的电压施加给基于电响应的反式调光玻璃，记录并得到如图3所示的电压-透光率的电光性能曲线图。由此可知，基于电响应的反式调光玻璃的透光性能与施加电场的电压大小有关，通过改变电压大小可实现对基于电响应的反式调光玻璃的透光性进行调节，从而便于使用者根据需求进行调节，以满足用户的个性化需求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，包括相对设置的两块透明基板，所述两块透明基板相对的表面各涂覆一层导电ITO涂层，所述导电ITO涂层的表面涂覆有平行取向层，所述两块透明基板于所述平行取向层之间形成有夹层空间，所述夹层空间填充有聚合物分散液晶；
所述聚合物分散液晶包括液晶性可聚合单体、非液晶性可聚合单体、液晶和光引发剂，在紫外光的辐照下，所述光引发剂产生自由基导致反应发生并形成聚合物网络，所述液晶分散于形成的聚合物网络之中；
该夹层空间未施加电场时，所述液晶和液晶性可聚合单体均为平行取向，以使得反式调光玻璃呈现均一光介质而呈透明态；通过导电ITO涂层对夹层空间施加电场时，液晶平行于电场方向的取向，导致折射率不匹配，使得反式调光玻璃呈现散射态。
2.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述液晶为正性液晶。
3.根据权利要求2所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述聚合物分散液晶包含0-50质量份的液晶性可聚合单体、0-50质量份的非液晶性可聚合单体、40-89质量份的正性液晶和0.25-3质量份的光引发剂。
4.根据权利要求1所述的基于电响应的反式调光玻璃，其特征在于，所述反式调光玻璃还包括电源组件，两块所述透明基板的导电ITO涂层分别与所述电源组件的两极连接。
5.一种权利要求1至4任一项所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，取两块均带有一层导电ITO涂层的透明基板，并对导电ITO涂层的表面进行平行取向处理以形成平行取向层；
S2，将两块透明基板上形成有平行取向层的一面相对设置，并将平行取向层之间的夹层空间制成液晶盒；
S3，取液晶性可聚合单体、非液晶性可聚合单体、液晶和光引发剂按预设比例混合制作成聚合物分散液晶，并将配置好的聚合物分散液晶灌入液晶盒中；
S4，用紫外光照射灌装好的液晶盒，以使聚合物分散液晶固化得到反式调光玻璃；
S5，将做好的反式调光玻璃通过两层导电ITO涂层分别与电源组件的两电极分别连接。
6.根据权利要求5所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，S2中制作所述液晶盒的两块透明基板之间还设有封装胶框，所述封装胶框用于将所述两块透明基板固定在一块，同时对液晶盒进行密封。
7.根据权利要求6所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，S2中制作所述液晶盒的夹层空间内掺入间隔粒子，所述间隔粒子用于控制液晶盒的盒厚，以达到控制反式调光玻璃厚度的目的。
8.根据权利要求5至7任一项所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，S4中所用紫外光的光强为1-10mW/cm2，光照时间为1-10min。
9.根据权利要求8所述的基于电响应的反式调光玻璃的制备方法，其特征在于，S3中对液晶盒进行灌装和S4中进行紫外光照射时，均在室温至50℃之间的温度下进行。
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