專利名稱：一種具有電控寬波反射特性的薄膜材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能高分子液晶顯示領(lǐng)域，涉及液晶材料，納米材料，特別涉及 到手性納米粒子在液晶中可以由電場(chǎng)控制移動(dòng)以及膽甾相液晶對(duì)入射光具有選 擇性反射，用于制備新型的可電控寬波反射的液晶顯示器件。
背景技術(shù)：
液晶是由棒狀分子、盤形分子等不具有球?qū)ΨQ性的分子組成的部分有序的物 質(zhì)。它既不同于分子排列完全混亂的各向同性液體，也有別于分子排列完全有序 的晶體。這種介于晶體與液體之間的分子排列以及分子本身的特殊形狀與性質(zhì)， 導(dǎo)致液晶呈現(xiàn)出介于液體與晶體，甚至遠(yuǎn)為復(fù)雜的特性。 一方面，液晶具有流體 的流動(dòng)特性；另一方面，液晶又呈現(xiàn)出晶體固有的空間各向異性。從成分和出現(xiàn) 液晶相的物理?xiàng)l件來(lái)看，液晶可分為熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶是單成分的 純化合物或均勻混合物在溫度變化下出現(xiàn)的液晶相。根據(jù)分子排列的形式和有序 性的不同，熱致液晶液晶可分為近晶相、向列相和膽甾相。向列相液晶中不存在 平移有序，分子的質(zhì)心呈無(wú)規(guī)分布，而分子之間傾向于平行排列，這種液晶粘度 小，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近晶相液晶是由桿狀分子組成，分子可以排列成 層，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸相互平行，其方向可以垂直于層，也可以與層平面成傾斜排列。 由于分子排列整齊，其規(guī)整性接近晶體，具有二維有序，分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無(wú) 序，可以自由平移，從而具有流動(dòng)性，但粘度較大，分子在層內(nèi)可以前、后、左、 右滑動(dòng)，但不能在上，下之間移動(dòng)。因而具有固定的有序性。膽甾相液晶其分子 中含有手性碳原子或在液晶中摻有手性分子，因此這類分子構(gòu)成的液晶往往具有 螺旋結(jié)構(gòu)，即從宏觀上看膽甾相液晶分子可以看作是分層排列，分子平躺在層中， 層與層平行，在每一層中分子像向列相一樣彼此傾向于平行排列，但沿著層面的 法線方向分子的指向矢基本上均勻連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，它既有液體的流動(dòng)性、形變性、 粘性，又具有晶體光學(xué)各向異性，是一種優(yōu)良的非線性光學(xué)材料。
眾所周知，膽甾相液晶由于其特殊的螺旋結(jié)構(gòu)使其具備很多獨(dú)特的光學(xué)性 能，如圓二色性、選擇性反射和旋光性等，正是這些光學(xué)性能，使得膽甾相液晶材料在全彩顯示、信息顯示和儲(chǔ)存材料、反射偏振片、裝飾材料以及反射膜等方 面具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α６x擇性反射是其中的一個(gè)重要的光學(xué)性能。膽甾相液
晶的選擇性反射遵循布拉格公式義=^，反射波寬A^PAn。在反射的波帶 內(nèi)，入射光中與膽甾相液晶螺距軸旋向相同的圓偏振光部分反射，其余的部分透 射。由于膽甾相液晶的最大雙折射率An大約為0.3，其改變對(duì)于實(shí)現(xiàn)寬波反射 的貢獻(xiàn)非常有限，所以，考慮引入螺距梯度，通過(guò)螺距的改變實(shí)現(xiàn)寬波反射。目 前，國(guó)內(nèi)外通常使用的方法是運(yùn)用高分子網(wǎng)絡(luò)形成膽甾相液晶體系內(nèi)的螺距梯度 以實(shí)現(xiàn)寬波反射。開創(chuàng)性工作由1995年荷蘭科學(xué)家Broer (CN97191106， EP0606940.A2)領(lǐng)導(dǎo)的小組研究完成。但是這種方法實(shí)現(xiàn)的寬波反射的缺點(diǎn)在 于不能智能的進(jìn)行控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有可電控寬波反射特性的薄膜材料的制備方法，其目的 在于克服現(xiàn)有寬波反射材料不能智能控制的特點(diǎn)，開發(fā)可智能電控的寬波反射材 料。它將納米粒子在電場(chǎng)的作用下的可移動(dòng)性與膽甾相液晶材料可對(duì)入射光選擇 反射的特性有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而制作成新型液晶顯示材料。
本發(fā)明所用的材料見下表_
材料 說(shuō)明 CLO001 Cr 253.0 N 371.01
CB15等 手性化合物 Si02納米粒子 粒徑70 nm左右
手性異戊酸等 表面修飾劑
(Cr:熔點(diǎn)；N:向列相；I:各向同性態(tài)。)
這種具有可電控寬波反射特性的薄膜材料的制作工藝分五步
(1) 制備Si02納米粒子。以無(wú)水乙醇為溶劑，在氨水和去離子水的混合溶 液中，緩慢滴加正硅酸乙酯，劇烈機(jī)械攪拌，制得Si02納米粒子分散液。氨水/
去離子水=1/10—1/20(摩爾比)，氨水/去離子水/正硅酸乙酯=1/10/0.5 —1/20/1 (摩 爾比)。
(2) 在Si02納米粒子的表面進(jìn)行有機(jī)手性修飾。將手性有機(jī)酸加入所制備 的Si02納米粒子分散液中，&02分散液/手性有機(jī)酸=20/1—30/1(體積比)，用乙
5醇為溶劑回流，最后離心分離、洗滌、烘干。
(3) 液晶盒的制備。用3%的聚乙烯醇水溶液，通過(guò)旋涂的方法涂在玻璃基 板的一面，在8(TC烘烤30分鐘，然后用絨布沿一個(gè)方向摩擦取向；將兩塊取向 好的玻璃基板沿取向方向用厚度為40pm的聚乙烯墊片粘接,制成平面取向的液
晶盒o
(4) 混配膽甾相液晶CLC。將手性化合物混入負(fù)性液晶CLO001中(手性 化合物(10 % — 20% wt%) ， CLO001 ( 90 % — 80% wt% ))得到膽甾相液晶CLC ， 再將表面經(jīng)過(guò)手性修飾后的Si02納米粒子混入膽甾相液晶中(Si02 (0.5%—3% wt%)， CLC (99.5%—97%wt%))，加入足量二氯甲烷作溶劑，使之混合均勻， 然后使混合物保持在真空狀態(tài)下5小時(shí)，使溶劑完全揮發(fā)。將上述混合體系(Si02
(0.5 % — 3% wt%)， CLC (99.5 % — 97% wt%))灌入經(jīng)過(guò)平面取向的40 um厚 的液晶盒中。
(5) 電控寬波反射的實(shí)現(xiàn)。在液晶盒的表面施加外加電場(chǎng)，在垂直方向上，
手性改性后的Si02納米粒子向液晶盒的一個(gè)表面移動(dòng)，Si02納米粒子帶動(dòng)了手
性中心向該表面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)手性中心的濃度梯度。根據(jù)螺距與手性濃度 的反比關(guān)系，該表面附近的液晶分子螺距就會(huì)減小，而遠(yuǎn)離該表面的液晶分子螺 距相對(duì)而言就會(huì)變大，這樣，就會(huì)在整個(gè)體系內(nèi)形成液晶分子的螺距梯度，進(jìn)而 形成寬波反射。并且，隨著外加電場(chǎng)的逐漸增大，反射的波寬也進(jìn)一步加大。反 向加電，就會(huì)使該表面附近的手性Si02納米粒子向相反表面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電控 的寬波反射。
本發(fā)明所使用的手性有機(jī)酸，為手性異丁酸，手性異戊酸，手性異己酸，手 性異庚酸或者其它手性有機(jī)酸。
本發(fā)明所述的沿面取向處理采用摩擦法，真空鍍膜法或化學(xué)法。
本發(fā)明所使用的手性化合物為可以溶解在向列相液晶中的手性添加劑，如 S811， R811， R1011， CB15， ZLI4572等。
優(yōu)點(diǎn)或積極效果
(1) 本發(fā)明材料成本低廉，加工簡(jiǎn)便，可以大面積生產(chǎn)；
(2) 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)智能的電控寬波反射，反射的波寬可以隨外加電場(chǎng)的大 小進(jìn)行調(diào)節(jié)。


附圖l:電控寬波反射原理圖。
附圖2: Si02納米粒子合成路線圖。
附圖3: Si02納米粒子的掃描電鏡形貌圖。
附圖4: Si02納米粒子改性前后紅外圖譜。
附圖5:電控寬波反射效果圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
液晶盒的制備用3%的聚乙烯醇水溶液，通過(guò)旋涂的方法涂在玻璃基板的
一面，在8(TC烘烤30分鐘，然后用絨布沿一個(gè)方向摩擦取向；將兩塊取向好的 玻璃基板沿取向方向用厚度為4(Hmi的聚乙烯墊片粘接，制成沿面取向的液晶盒。
Si02納米粒子的制備以無(wú)水乙醇為溶劑，在氨水和去離子水的混合溶液中
(氨水/去離子水=1/16(摩爾比))，緩慢滴加正硅酸乙酯(氨水/去離子水/正硅酸 乙酯=1/16/0.8(摩爾比))，劇烈機(jī)械攪拌，制得Si02納米粒子分散液，制得的納 米粒子粒徑約70nm。
Si02納米粒子的表面修飾將手性異戊酸加入所制備的Si02納米粒子分散 液中(Si02分散液/手性異戊酸-25/1 (體積比))，用乙醇為溶劑回流，最后離心 分離、洗滌、烘干。
混配膽甾相液晶(CLC)的混配將手性化合物CB15混入負(fù)性液晶CLO001 中(CB15/CLO001=14%/86%(wt%))，再將表面修飾后的Si02納米粒子混入膽 甾相液晶中(SiO2/CLC=0.5%/99.5%(wt%))，加入足量二氯甲烷作溶劑，使之混 合均勻，然后在真空狀態(tài)下保持5小時(shí)，使溶劑完全揮發(fā)，得到樣品。
將上述樣品灌入平面取向的40um厚的液晶盒中。在液晶盒的表面施加外加 電場(chǎng)，在垂直方向上，手性改性后的Si02納米粒子向液晶盒的一個(gè)表面(假定 為A面)移動(dòng)，Si02納米粒子帶動(dòng)了手性中心向該表面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)手 性中心的濃度梯度。根據(jù)螺距與手性濃度的反比關(guān)系，A面附近的液晶分子螺距 就會(huì)減小，而遠(yuǎn)離該表面(假定為B面)的液晶分子螺距相對(duì)而言就會(huì)變大， 這樣，就會(huì)在整個(gè)體系內(nèi)形成液晶分子的螺距梯度，進(jìn)而形成寬波反射。并且， 外加電場(chǎng)逐漸增大，反射的波寬也進(jìn)一步加大。反向加電，就會(huì)使A面附近的手性Si02納米粒子向B面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電控的寬波反射。 實(shí)施例二
液晶盒的制備用3%的聚乙烯醇水溶液，通過(guò)旋涂的方法涂在玻璃基板的
一面，在8(TC烘烤30分鐘，然后用絨布沿一個(gè)方向摩擦取向；將兩塊取向好的 玻璃基板沿取向方向用厚度為4(^m的聚乙烯墊片粘接，制成沿面取向的液晶盒。
Si02納米粒子的制備以無(wú)水乙醇為溶劑，在氨水和去離子水的混合溶液中
(氨水/去離子水=1/10(摩爾比))，緩慢滴加正硅酸乙酯(氨水/去離子水/正硅酸 乙酯=1/10/0.5(摩爾比))，劇烈機(jī)械攪拌，制得Si02納米粒子分散液，制得的納 米粒子粒徑約50nm，粒徑相對(duì)于實(shí)施方式一所制得的粒徑(70nm)減小的原因 是去離子水相對(duì)含量減少，導(dǎo)致反應(yīng)水解速度變緩，相應(yīng)的顆粒生長(zhǎng)速度減緩， 最終生成的顆粒的粒徑也相應(yīng)減小。
Si02納米粒子的表面修飾將手性異戊酸加入所制備的Si02納米粒子分散 液中(Si02分散液/手性異戊酸-25/1 (體積比))，用乙醇為溶劑回流，最后離心 分離、洗漆、烘干。
混配膽甾相液晶(CLC)的混配將手性化合物R1011混入負(fù)性液晶CLO001 中(R1011/CLO001=15%/85%(wt%))，再將表面修飾后的Si02納米粒子混入膽 甾相液晶中(Si02/CLC=l%/99%(wt%))，加入足量二氯甲烷作溶劑，使之混合 均勻，然后在真空狀態(tài)下保持5小時(shí)，使溶劑完全揮發(fā)，得到樣品。
將上述樣品灌入平面取向的40 um厚的液晶盒中。在液晶盒的表面施加外加 電場(chǎng)，在垂直方向上，手性改性后的Si02納米粒子向液晶盒的一個(gè)表面(假定 為C面)移動(dòng)，Si02納米粒子帶動(dòng)了手性中心向該表面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)手 性中心的濃度梯度。根據(jù)螺距與手性濃度的反比關(guān)系，C面附近的液晶分子螺距 就會(huì)減小，而遠(yuǎn)離該表面(假定為D面)的液晶分子螺距相對(duì)而言就會(huì)變大， 這樣，就會(huì)在整個(gè)體系內(nèi)形成液晶分子的螺距梯度，進(jìn)而形成寬波反射。并且， 外加電場(chǎng)逐漸增大，反射的波寬也進(jìn)一步加大。反向加電，就會(huì)使C面附近的 手性Si02納米粒子向D面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電控的寬波反射。
權(quán)利要求
1. 一種具有電控寬波反射特性的薄膜材料的制備方法，其特征在于具體制作工藝分五步(1)制備SiO2納米粒子；以無(wú)水乙醇為溶劑，在氨水和去離子水的混合溶液中，緩慢滴加正硅酸乙酯，劇烈機(jī)械攪拌，制得SiO2納米粒子分散液；氨水/去離子水＝1/10—1/20(摩爾比)，氨水/去離子水/正硅酸乙酯＝1/10/0.5—1/20/1(摩爾比)；(2)在SiO2納米粒子的表面進(jìn)行有機(jī)手性修飾；將手性有機(jī)酸加入所制備的SiO2納米粒子分散液中，SiO2分散液/手性有機(jī)酸＝20/1—30/1(體積比)，用乙醇為溶劑回流，最后離心分離、洗滌、烘干；所用手性有機(jī)酸為手性異丁酸，手性異戊酸，手性異己酸，手性異庚酸；(3)液晶盒的制備；用3％的聚乙烯醇水溶液，通過(guò)旋涂的方法涂在玻璃基板的一面，在80℃烘烤30分鐘，然后用絨布沿一個(gè)方向摩擦取向；將兩塊取向好的玻璃基板沿取向方向用厚度為40μm的聚乙烯墊片粘接，制成平面取向的液晶盒；(4)混配膽甾相液晶CLC；將手性化合物混入負(fù)性液晶CLO001中，混合比例為手性化合物10％—20％wt％、CLO00190％—80％wt％，得到膽甾相液晶CLC；再將表面經(jīng)過(guò)手性修飾后的SiO2納米粒子混入膽甾相液晶中，混合比例為SiO20.5％—3％wt％、CLC99.5％—97％wt％，加入足量二氯甲烷作溶劑，使之混合均勻，然后使混合物保持在真空狀態(tài)下5小時(shí)，使溶劑完全揮發(fā)；將SiO20.5％—3％wt％、CLC99.5％—97％wt％的混合體系灌入經(jīng)過(guò)平面取向的40um厚的液晶盒中；所用手性化合物為S811，R811，R1011，CB15，ZLI4572；(5)電控寬波反射的實(shí)現(xiàn)；在液晶盒的表面施加外加電場(chǎng)，在垂直方向上，手性改性后的SiO2納米粒子向液晶盒的一個(gè)表面移動(dòng)，SiO2納米粒子帶動(dòng)了手性中心向該表面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了體系內(nèi)手性中心的濃度梯度；根據(jù)螺距與手性濃度的反比關(guān)系，該表面附近的液晶分子螺距就會(huì)減小，而遠(yuǎn)離該表面的液晶分子螺距相對(duì)而言就會(huì)變大，這樣，就會(huì)在整個(gè)體系內(nèi)形成液晶分子的螺距梯度，進(jìn)而形成寬波反射；并且，隨著外加電場(chǎng)的逐漸增大，反射的波寬也進(jìn)一步加大；反向加電，就會(huì)使該表面附近的手性SiO2納米粒子向相反表面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電控的寬波反射。
全文摘要
一種具有電控寬波反射特性的薄膜材料的制備方法，屬于功能高分子液晶顯示領(lǐng)域。二氧化硅納米粒子具有電性，而膽甾相液晶對(duì)入射光具有選擇性反射。具體制作工藝為用氨水、正硅酸乙酯、無(wú)水乙醇制備二氧化硅納米粒子，然后用手性有機(jī)酸對(duì)制得的二氧化硅納米粒子進(jìn)行手性改性；將手性改性后的二氧化硅納米粒子混入膽甾相液晶(負(fù)性)中，在表面施加直流電場(chǎng)，進(jìn)而在整個(gè)體系內(nèi)形成液晶分子的螺距梯度，得到具有電控寬波反射特性的液晶薄膜材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)智能的電控寬波反射，反射的波寬可以隨外加電場(chǎng)的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；另一方面薄膜材料制作工藝簡(jiǎn)單，而且成本低廉，可應(yīng)用在節(jié)能環(huán)保建筑物上。
文檔編號(hào)G02B5/30GK101477221SQ20091007662
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者芳 劉, 暉 曹, 槐 楊, 洲 楊, 梁曉凱, 潘國(guó)輝, 馬國(guó)靖 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)