基于自组装取向层的反式聚合物稳定液晶的制备及光学调制研究

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科学技术的发展带来了人们生活水平的提高,但所引起的光污染问题也逐渐引起了人们的重视。能够通过电场调控窗户透光状态的智能玻璃是解决光污染、实现光防护的有效手段。液晶/聚合物复合薄膜是制作电控变色玻璃的常用材料。液晶/聚合物复合体系根据体系中聚合物含量的多少可以分为聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal,PDLC)体系和聚合物稳定液晶(polymer stabilized liquid crystal,PSLC)体系。聚合物分散液晶体系在不通电下呈现不透明态,对于需要长时间维持透明态的智能玻璃来说需要耗费大量的电能。因此,不通电下保持透明态,通电时呈现模糊态的反式聚合物稳定液晶薄膜显得更加实用环保。反式PSLC薄膜中取向层对液晶分子的均匀垂直取向,是实现反式PSLC器件在不通电时呈现透明状态的重要条件。液晶领域常用的摩擦取向技术存在着工艺复杂、污染、静电等不良影响。因此,开发成本低廉、性能稳定、无污染的取向工艺显得尤为重要。近年来,研究发现,具有两亲性的表面活性剂分子在能够在基底表面产生自组装,利用两亲分子的疏水烷基链能够诱导液晶分子产生较好的垂直取向效果。本文中分别采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十八烷基三氯硅烷(OTS)两种具有两亲性基团的活性剂分子通过溶液浸润的方式在基板上自组装形成了液晶分子的垂直取向层,并在此基础上制备了反式PSLC光电薄膜。经测试,CTAB垂直取向层对液晶分子的预倾角从正反两侧测量分别为89.366°和89.351°。基于CTAB取向层的反式PSLC薄膜,当采用RM257作为聚合物单体时所形成的聚合物网络对液晶分子具有较好的垂直锚定效果,其在关态下的透过率可以达到与PI取向层的反式PSLC相当。当RM257单体含量为5%的反式PSLC样品具有最高的对比度,且随固化时间的延长,对比度先增加后下降,当固化时间为15min时,对比度可达13.92。OTS取向层的取向效果随浸润浓度的变化可以分别呈现出平行取向、倾斜取向与垂直取向,当浸润浓度为0.25%时对液晶分子的预倾角从正面与反面测量分别为87.068°和86.005°。基于OTS垂直取向层的反式PSLC经过10min的紫外光聚合诱导相分离后,不同单体含量的聚合物网络得以固化,RM257单体含量为5%时所制备的反式PSLC样品具有最高的对比度,最高对比度可达15.08。为了进一步提高反式PSLC样品的对比度,增加反式PSLC在施加电场下的暗态,提高反式PSLC的光防护效果,选用二向色性染料苏丹黑B对基于CTAB取向层的反式PSLC体系进行掺杂。通过苏丹黑B的掺杂使所制备的反式PSLC样品的对比度得到了明显地提升。随着苏丹黑B掺杂浓度的逐渐增加,对比度呈逐渐增大的趋势,苏丹黑B掺杂浓度为2%时的对比度可达16.53。且苏丹黑B的掺杂明显降低了反式PSLC的阈值电压。通过与未掺杂染料的反式PSLC样品对激光脉冲的防护效果对比可以发现,样品在开态下同时存在散射机制与吸收机制,有效提升了开态下的光防护效果。
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