聚合物分散液晶膜的制備及光學(xué)性能的研究.pdf

1、液晶不僅作為顯示材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種顯示器件，而且液晶的新性能的研究對國民經(jīng)濟(jì)以及現(xiàn)代化的發(fā)展具有重要作用。液晶作為顯示材料主要被應(yīng)用于手機(jī)、電腦、筆記本、大屏幕顯示等方面;而液晶高分子由于具有高模量，高彈性等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于高性能纖維材料、防彈衣、顯示等領(lǐng)域;液晶離聚物又以其獨(dú)特性能而被廣泛的研究。近幾年來，作為新興的液晶材料:液晶離聚物和聚合物分散液晶，引起廣大研究者極大的研究興趣。聚合物分散液晶(polymerdispersed

2、 liquid crystals，PDLCs)膜是一種新型的功能性液晶復(fù)合材料，在PDLC膜中，液晶微滴以納米或微米數(shù)量級分散在固態(tài)聚合物基體中。由于聚合物具有高敏感性、寬動態(tài)范圍和高分辨率、相對較快的響應(yīng)時間，且能廉價地做成各種形狀、各種厚度的薄膜，而得到廣大研究者的青睞。
　　PDLC膜主要通過相分離法制備，即將預(yù)聚物與小分子液晶制備成均一混合物，通過引發(fā)預(yù)聚物聚合（縮聚反應(yīng)，自由基聚合，光引發(fā)聚合等），隨著聚合物分子量的增長

3、，液晶在預(yù)聚物中的溶解度降低，導(dǎo)致液晶與聚合物兩相分離，實(shí)現(xiàn)PDLC膜的制備。也可以通過聚合物與小分子液晶共溶于相同溶劑，再經(jīng)溶劑揮發(fā)分離成聚合物與液晶兩相，實(shí)現(xiàn)PDLC膜的制備。微膠囊法也是制備PDLC膜的一種有效手段，但程序過于復(fù)雜。
　　當(dāng)在PDLC膜兩端施加一定的電場時，液晶微滴中分子指向矢沿電場方向一致取向，若選取的液晶分子長軸折射率(no)與高分子折射率(np)匹配，則PDLC膜呈透射態(tài);當(dāng)外加電場消失，由于液晶分子與

4、聚合物基體界面之間的錨定作用，液晶分子指向矢雜亂分布。此時，液晶微滴的有效折射率與基體折射率失配，則PDLC膜呈散射態(tài)?？梢岳斫鉃?，當(dāng)聚合物與液晶界面強(qiáng)錨定時，液晶分子的垂面取向生成輻射分布，液晶分子的沿面取向生成雙極分布，呈現(xiàn)散射態(tài);當(dāng)施加電場時液晶分子沿電場方向排列生成軸向排列，呈現(xiàn)透射態(tài)。
　　PDLC膜作為顯示材料較之傳統(tǒng)的Liquid Crystal Display(LCD)有著無可比擬的優(yōu)勢:PDLC顯示材料具有不需偏

5、光片、亮度高、視角寬、不需液晶取向?qū)拥葍?yōu)點(diǎn)。由于PDLC膜材料具有不需要偏振片、兩基板間距離不需嚴(yán)格控制、基板內(nèi)表面不需要取向處理等優(yōu)點(diǎn)，故在制備柔軟、高亮度、寬視角的大面積液晶顯示方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，PDLC材料的電控光學(xué)特性及其時間響應(yīng)特性備受人們關(guān)注，國內(nèi)外很多研究小組都對其進(jìn)行了深入廣泛的研究。目前，制作同時具有對比度高、閾值和飽和電壓低、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高的PDLC膜材料還很困難，這就限制了PDLC膜材料的應(yīng)用。影

6、響PDLC膜性能的主要因素有以下幾個方面:(1)所采用的原材料的結(jié)構(gòu)與性能;(2) PDLC薄膜內(nèi)的相分離狀態(tài);(3)聚合物基體相的介電性能;(4) PDLC膜的制備條件等。
　　本文采用含有三官能團(tuán)的丙烯酸酯交聯(lián)劑和環(huán)氧樹脂作為聚合物基體相的預(yù)聚物，三官能團(tuán)的預(yù)聚物能夠在紫外光引發(fā)下實(shí)現(xiàn)快速聚合，通過快速聚合制備了分散于聚合物基體相中的小粒徑的液晶微滴。本文通過紫外光引發(fā)聚合致相分離法制備了4個系列PDLC膜，并通過手性分子，納

7、米石墨，可聚合極性小分子的摻雜，改善了PDLC膜的電光性能。本文主要研究工作如下:
　　(1)制備了具有手性的PDLC膜，分別研究了熱場和電場作用下手性聚合物分散液晶的熱光和電光性能的變化;熱場和電場作用下PDLC膜的旋光性能變化與de Vries理論相一致;并通過偏光顯微鏡、掃描電鏡和三維紅外圖像對PDLC膜內(nèi)聚合物與液晶相態(tài)進(jìn)行了研究。
　　(2)制備了納米石墨摻雜下PDLC膜，通過測量PDLC膜的電光性能可知通過納米石

8、墨摻雜改善了聚合物基體相的介電性能，從而降低了PDLC膜的閾值電壓和驅(qū)動電壓。
　　(3)制備了丙烯酸單體摻雜的PDLC膜，通過實(shí)時透射率變化分析了不同濃度的丙烯酸單體對PDLC膜制備過程中的動力學(xué)影響。
　　(4)制備了不同的可聚合極性小分子摻雜的PDLC膜，通過實(shí)時透射率變化的觀察獲得了不同小分子作用下的聚合動力學(xué);研究了不同單體摻雜對PDLC膜的電光性能影響。
　　總之，本文的研究不僅拘泥于研究制備條件對PDLC