【摘 要】
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胆甾相液晶(CLC)由于其周期性的螺旋结构在多种外场(如温度、电场、压力)刺激下可实现螺距调控,进而实现反射波长的调控,使其光学特性具备优异的外场响应性。目前,研究人员利用CLC织构态或螺距的电场刺激响应性实现了对液晶器件色彩的调控,但主要应用于反射式显示器件,对其在反射式防护、可视化传感器和智能窗等领域的应用研究较少。本论文基于聚合物分散胆甾相液晶(PDCLC)和聚合物稳定胆甾相液晶(PSCLC
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胆甾相液晶(CLC)由于其周期性的螺旋结构在多种外场(如温度、电场、压力)刺激下可实现螺距调控,进而实现反射波长的调控,使其光学特性具备优异的外场响应性。目前,研究人员利用CLC织构态或螺距的电场刺激响应性实现了对液晶器件色彩的调控,但主要应用于反射式显示器件,对其在反射式防护、可视化传感器和智能窗等领域的应用研究较少。本论文基于聚合物分散胆甾相液晶(PDCLC)和聚合物稳定胆甾相液晶(PSCLC)两种体系,分别制备得到多色彩可变和波段连续变化的两种色彩调控器件,并应用于可视化力敏传感器、紫外反射式防护器件和图案化显示器。其具体研究内容如下:首先,采用PDCLC体系制备得到单色可变器件,利用CLC织构态的电场刺激响应特性实现其颜色的变化,并探究手性剂含量和紫外曝光功率对器件的电响应性能的影响。结果表明手性剂含量和器件达到电致变色所需要的阈值电压成正比,当曝光功率达到70%之后,聚合物网络能稳定形成,器件电响应性最好。利用显色为红(R)、绿(G)、蓝(B)的三个单一变色器件以90°旋转堆叠的结构设计得到多色彩可变器件,通过电路调控器件实现至少7种色彩的定向转变。其次,采用PSCLC体系制备得到多波段连续可变器件,利用CLC螺距的电场刺激响性实现其反射波段的调控。通过对单体含量、曝光时间、电极方阻、间隔尺度等实验配方和制备工艺的探究,发现当单体浓度为12%、曝光时间为4 min时,使用方阻为200Ω/□导电玻璃和间隔尺寸为10μm的液晶盒制备的器件聚合物网络疏密程度最合适,波段变化范围最大,性能最为稳定。通过调节手性剂含量可以改变基于PSCLC体系的器件初始中心波长。在以上最佳条件下,当手性剂含量为3.14%时,施加0~220 V的直流电压可使器件中心反射波长从453.6 nm变化至692.9 nm,实现了器件色彩由紫到红的连续动态变化。观察角度在25°到70°时,器件反射峰未发生较大偏移且经过几十次可逆循环测试后电响应性能几乎不变,具有较好的可视角和循环稳定性。最后,根据两种器件的材质特性和色彩变化特点,分别研究在传感器、防护和显示器等领域的应用性能。将基于PDCLC体系的器件应用于单像素色彩独立可控的像素化显示器,通过调整配比实现色彩与环境高度匹配的仿生变色器件的制备,并结合CLC力敏变色的特性用于可视化力敏传感器。将基于PSCLC体系的器件通过手性剂调节反射波段,应用于近红外反射式调温器件和紫外反射式防护器件,并通过电极区域的划分实现器件显色区域的图案化控制,从而应用于图案化显示器领域。
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