具有宽波反射特性的胆甾相液晶固体薄膜材料的研究.doc

 第 27 卷第 4 期 2011 年 8 月 分 子 科 学 学 报 JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCE Vol． 27 No． 4 August 2011 ［文章编号］1000-9035( 2011) 04-0229-05 具有宽波反射特性的胆甾相液晶 固体薄膜材料的研究 李发胜1，2 ，齐 琳2 ，张 莹2 ，毛卫民1 ，王 磊* ，1 ( 1． 北京科技大学材料科学与工程学院材料物理与化学系，北京 100083; 2． 大连医科大学化学教研室，辽宁 大连 116044) ［摘 要］ 采用两步聚合法得到了具有宽波反射特性的固体胆甾相液晶薄膜，首先通过聚合 物稳定胆甾相液晶制备了螺旋结构的高分子网络，然后灌入具有不同螺距的可聚合的胆甾相 小分子液晶单体混合物，经紫外光照射聚合后获得了能够反射可见光区 ( 450 ～ 780 nm) 覆盖 红蓝绿三色光的胆甾相液晶固体薄膜． 扫描电镜测试结果表明，胆甾相液晶固体薄膜的断面形 貌具有螺距的梯度分布． 该类材料在反射式偏振片和可调控光的智能玻璃等领域具有应用潜 力． ［关键词］ 胆甾相液晶; 螺距梯度; 宽波反射; 两步聚合; 固体薄膜 ［中图分类号］ ［学科代码］ ［文献标识码］ O 647 150·45 A 0 引言 近年来，胆甾相液晶的选择性反射已成为人们广泛关注的研究热点，特别是具有宽波反射特性的胆 甾相液晶在全彩显示、信息存储、反射式偏振片、电控智能玻璃及反射膜等多个领域展现出广阔的应用 潜力［1-2］． 胆甾相液晶作为一类重要的液晶的材料，由于螺旋结构的存在，使其可选择性反射光． 反射光 的波宽由 Δλ 表示，Δλ = ΔnPcosθ，Δn = n∥ － n⊥ ( n∥ 和 n⊥ 分别为平行和垂直于入射光方向的折射率，θ 表示入射方向与螺旋轴之间的夹角) ; 在反射波带以外，胆甾相液晶不会对光波的振幅和偏振状态产生 影响． 一般而言，无色的有机化合物的 Δn 值在 0． 3 ～ 0． 4 之间，因此胆甾相液晶的反射波宽 Δλ 在可见 光区域被限制在几十纳米之内［3-4］． 因此，由公式 Δλ = ΔnPcosθ 可知，调整液晶螺距 P 可实现宽波反射． 为此国内外的科学家进行了多方面的研究探索［5-11］． 1995 年荷兰科学家 Broer 教授研究小组使用紫外 光( UV) 照射添加了紫外吸收染料的可光聚合的双官能团手性液晶单体、单官能团向列相液晶单体和光 引发剂的混合物，引发混合物中可聚合液晶单体的分子间发生交联反应，制备了具有宽波反射特性的高 分子网络液晶复合材料，复合材料可以反射整个可见光波长范围( 400 ～ 750 nm) 的左旋或右旋圆偏振 入射光． 另外，通过特定方法制备的聚合物稳定性胆甾相液晶也能拓宽光波的反射波宽［5-6］． Hikmet 等 人研究了由双官能团液晶性单体 / 单官能团液晶性单体 / 小分子液晶复合体系经 UV 辐照聚合得到的单 层聚合物稳定性胆甾相液晶薄膜． 研究发现，掺入激发态淬灭剂可以将光引发剂的受激发能量转移到自 收稿日期: 2011-02-23 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( ; 国家“863”计划平板显示重大专项基金资助项目( 2008AA03A318) ; 国家科技支 撑计划项目( 2007BAE31B00) ． 联系人简介: 王磊( 1979-) ，男，工学博士，讲师，主要从事液晶材料的制备、表征和应用． E-mail: rawater30@ hotmail． com 布的聚合物稳定性胆甾相液晶材料． 并且，在外加电场的驱动下，反射整个可见光区域的聚合物稳定性 胆甾相液晶可以实现反射态与透过态的可逆切换［7］． 本文采用新颖的两步聚合法来得到具有宽波反射特性的胆甾相液晶固体薄膜，首先通过 UV 光诱 导小分子液晶 / 液晶单体 / 手性添加剂 / 光引发剂的混合物聚合来制备具有螺旋结构的高分子网络，然后 灌入具有不同螺距的可聚合的胆甾相小分子液晶单体混合物，经紫外光照射聚合后获得了能够反射可 见光区 330 nm 覆盖红蓝绿三色光的固体胆甾相液晶薄膜． 我们利用电子显微镜( SEM) 测试来研究样品 的螺距分布，并对胆甾相液晶固体薄膜的宽波反射的机理给出解释． 1 实验部分 1． 1 实验材料 实验所用液晶为永生华清液晶有限公司提供的向列相液晶 SLC-1717，其熔点小于 － 40 ℃ ，清亮点 92 ℃ ; 20 ℃ 时，对于 589 nm 的可见光，其折射率分别是: no = 1． 519，ne = 1． 720，双折射率 Δn = ne － no = 0． 201． 手