聚合物分散液晶（PDLC）膜是微米尺寸的液晶微滴嵌入連續(xù)聚合物基體中形成的薄膜。在電場控制下，利用液晶分子的外場響應(yīng)性，并根據(jù)液晶微滴與聚合物基體折射率匹配程度，可以實現(xiàn)光散射態(tài)和透明態(tài)兩種狀態(tài)相互切換。其工作示意圖如圖1所示。

圖1 PDLC工作示意圖

由于具有不需要偏振片、轉(zhuǎn)換速度快、制備簡單、易于大面積制備等優(yōu)點，近年來 PDLC 被廣泛用于智能窗戶、防偷窺薄膜、2D/3D 集成成像顯示、渦流成像仿真等領(lǐng)域。但傳統(tǒng) PDLC 膜驅(qū)動電壓高，對比度低，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。

一般來說，想要提高PDLC膜的對比度，通常會向膜中添加二色性染料。但因制備薄膜多是采用光聚合誘導(dǎo)相分離法，二色性染料加入后會在紫外光下很快分解，不僅不能改善對比度，還有可能因其對紫外光的吸收，反而消耗掉部分紫外光能量，降低預(yù)聚物聚合速度，從而損害薄膜的電光性能。

近年，人們發(fā)現(xiàn)利用堿催化下的點擊化學(xué)（名詞解釋>）方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)光聚合，可很好地解決該問題。但目前關(guān)于點擊化學(xué)用于PDLC膜制備的相關(guān)研究還不多，具體實施方法和條件工藝等方面尚有待細(xì)化。

鑒于此，四川大學(xué)汪映寒教授團(tuán)隊在《液晶與顯示》（ESCI、Scopus收錄，中文核心期刊）發(fā)表了題為“單體烷基鏈長度對聚合物分散液晶膜電光性能的影響”的研究文章。

本文利用四種不同烷基鏈長度的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA)與硫醇單體三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸)酯(TMPMP)反應(yīng)，并引入相同質(zhì)量的異氰酸酯單體異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）,以4-二甲基氨基吡啶(DMAP)為堿催化劑，合成了具有巰基-異氰酸酯-烯烴三元網(wǎng)絡(luò)的PDLC膜。

研究了烯烴單體的烷基鏈長度對制備的PDLC膜電光性能，包括閾值電壓（Vth)、飽和電壓（Vsat）、開態(tài)透過率(Ton)、關(guān)態(tài)透過率(Toff)和對比度（CR)等的影響，以求制備性能更為優(yōu)良的PDLC膜。

巰基-異氰酸酯-烯烴三元網(wǎng)絡(luò)的PDLC膜

在聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成過程中，液晶分子分布空間受到擠壓，逐漸形成液晶微滴，折射率也隨之改變。人們習(xí)慣性采用偏光顯微鏡觀察PDLC膜的形貌，以獲取液晶微滴尺寸信息。

在圖2(a)中展示了使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的POM圖像。樣品A1-A4所采用的烯烴單體分別為PEGDA200、PEGDA400、PEGDA600和PEGDA1000?？梢钥闯?，A1和A2幾乎看不到LC微滴。隨著烯烴烷基鏈長度增加，A3已經(jīng)能隱約看到一些代表著液晶微滴的白點，A4甚至能直接從POM看到LC微滴形狀。由此可推測LC微滴隨著烯烴烷基鏈長度的增加而增大。

圖2 (a)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的POM圖像; (b)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的SEM圖像

由于A1-A3三個樣品呈現(xiàn)出的POM圖不佳，為進(jìn)一步驗證上述結(jié)論，如圖2(b)所示，利用SEM觀察A1-A3三份樣品的表面形貌，從結(jié)果圖中，不難看出，LC微滴的確是隨著烯烴烷基鏈長度的增加而增大。作者認(rèn)為此現(xiàn)象應(yīng)是增長的烷基鏈降低了聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度和單體活性，給予了液晶微滴充足的時間生長所致。

烯烴烷基鏈長度對PDLC電光性能的影響

圖3是使用不同烷基鏈長度的烯烴制得的各PDLC的電光響應(yīng)曲線。

圖3：使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的電光響應(yīng)曲線

通過該電光性能曲線，可得到PDLC樣品的各項電光性能，如圖4所示。

圖4：(a)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的Toff和Ton；(b)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的CR；(c)使用不同烷基鏈長度烯烴制得PDLC的Vth和Vsat

從這些結(jié)果中，可以看出隨著體系中烯烴烷基鏈長度增加，閾值電壓（Vth）、飽和電壓（Vsat）和對比度 （CR）下降，但關(guān)態(tài)透過率（Toff）和開態(tài)透過率（Ton）上升。液晶微滴的大小是呈現(xiàn)這些現(xiàn)象的關(guān)鍵所在。

本文選用四種不同烷基鏈長度烯烴制備PDLC，對比了其電光性能差異。相較之下，當(dāng)選用烯烴為PEGDA400時，制備的PDLC膜的電光性能最為優(yōu)異。此結(jié)果為選用適當(dāng)烷基鏈長度烯烴，制備性能優(yōu)異的PDLC的薄膜有一定的指導(dǎo)意義。

同時，采用點擊化學(xué)構(gòu)建三元網(wǎng)絡(luò)，不再使用傳統(tǒng)的紫外光，也為后續(xù)在膜中引入二色性染料，進(jìn)一步提高PDLC膜對比度提供了可能。

論文信息：

曾騰, 何韜鈺, 汪映寒. 單體烷基鏈長度對聚合物分散液晶膜電光性能的影響[J]. 液晶與顯示, 2021, 36(10):1362-1368. DOI：10.37188/CJLCD.2021-0153

論文地址：

http://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2021-0153

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通訊作者簡介：

汪映寒, 博士，教授，博士生導(dǎo)師。1998年于東京工業(yè)大學(xué)獲得工學(xué)博士學(xué)位。作為引進(jìn)人才被四川大學(xué)特批為教授。曾擔(dān)任中國物理學(xué)會液晶分會副會長。獲國家教委科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎、成都市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。在Journal of materials chemistry A(IF: 10.73), Journal of power sources (IF: 7.467) 等期刊發(fā)表SCI收錄論文60余篇，獲準(zhǔn)日本發(fā)明專利6項，授權(quán)及公開中國發(fā)明專利10余項。已培養(yǎng)博士和碩士研究生50余名。主要研究方向為有功能膜材料、燃料電池質(zhì)子交換膜、聚酰亞胺液晶取向材料、智能調(diào)光膜、高性能復(fù)合材料等。E-mail: wang_yh@scu.edu.cn

監(jiān)制 | 張瑩，趙陽

編輯 | 趙唯

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