本發(fā)明涉及綠色建筑/裝飾材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于帶電高分子懸浮顆粒的電控智能窗及制備方法，以及該電控智能窗的光調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)保、節(jié)能日益受到重視，能源的合理利用與節(jié)能產(chǎn)品的研制開發(fā)取得顯著的進展。在這種背景下，80年代前期首先提出將電致變色材料應(yīng)用于建筑物、汽車、飛機等節(jié)能采光系統(tǒng)中，形成能動態(tài)調(diào)節(jié)太陽輻射能透過率的“智能窗”。直到現(xiàn)在，智能窗的研究及應(yīng)用仍是研究的熱點之一。

目前，智能窗主要分為3類：鉻材料智能窗，即熱反射鍍膜玻璃，屬于單向熱反射，反射率有限，且有造成重金屬污染的潛在危害；離子晶體智能窗，主要基于金屬和金屬氧化物摻雜的離子晶體電控技術(shù)，屏蔽電磁信號，易干擾通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)；電泳或粒子懸浮智能窗，不具有光選擇性，可見光透射角有限。

因此，液晶粒子懸浮智能窗應(yīng)運而生。它基于膽甾型液晶分子的螺旋狀自組裝構(gòu)型，通過布拉格反射選擇性地反射特定波段的光，包括可見光和紅外光。特別是紅外光的反射，可有效地減少夏季高溫情況下外部熱輻射對室內(nèi)的升溫作用，達到減少空調(diào)能耗的目的。然而，即使采用電致、熱致、光致等響應(yīng)性液晶材料來實現(xiàn)特定波段光透反射的調(diào)節(jié)，仍然受到液晶材料響應(yīng)能力、變色范圍和刺激條件的限制，在操控性和響應(yīng)速度等問題上難以突破。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于帶電高分子懸浮顆粒的電控智能窗，適用于建筑物、汽車、飛機、輪船等內(nèi)外窗的選擇性透反射調(diào)控，以實現(xiàn)調(diào)光調(diào)溫作用，也可用于反射式顯示領(lǐng)域。

本發(fā)明的另一目的是提供該電控智能窗的制備方法。

本發(fā)明的另一目的是提供該電控智能窗的光調(diào)節(jié)方法。

為達到上述目的之一，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種電控智能窗，包括：

兩塊相對的透光基板、電源組件、以及透光基板之間的調(diào)光區(qū)，所述調(diào)光區(qū)被像素墻分隔成若干個調(diào)光單元，調(diào)光單元緊密排列成網(wǎng)格狀；電源組件的一極與像素墻連接，另一極與每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的透光基板連接；

填充在兩透光基板之間的液晶高分子顆粒和填充液，所述液晶高分子顆粒表面帶電。

像素墻屬于lcd、oled、電子紙等平板顯示領(lǐng)域，一般通過點膠機、絲網(wǎng)印刷等將光刻膠光固化成型。本發(fā)明的像素墻，與電潤濕器件中的像素墻相同，但是內(nèi)表面導(dǎo)電。

每個調(diào)光單元可以單獨調(diào)控。

進一步地，所述液晶高分子顆粒經(jīng)表面質(zhì)子化或離子化處理。

進一步地，所述液晶高分子顆粒經(jīng)離子型表面活性劑、弱酸或弱堿處理。

進一步地，所述填充液為無色、透明、不電解、粘度與水接近、密度與液晶高分子顆粒相近的導(dǎo)電液體。

進一步地，所述填充液為純水、鹽水、低密度導(dǎo)電硅油、離子液體或電解質(zhì)醇溶液。

所述高分子懸浮顆粒由一種或多種液晶高分子單體聚合而成，具體而言，可以由向列相液晶、手性液晶、光引發(fā)劑和阻聚劑反應(yīng)得到。

一種制備上述電控智能窗的方法，包括以下步驟：

s1、液晶高分子顆粒經(jīng)表面質(zhì)子化或離子化處理，使顆粒表面帶電；

s2、取一塊帶有導(dǎo)電像素墻的透光基板作為下基板，四周以間隔子制成邊框；

s3、將填充液和帶電的液晶高分子顆?；旌暇鶆?，注入調(diào)光區(qū)；

s4、將一塊透光基板作為上基板與下基板貼合，形成調(diào)光盒，每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的上基板設(shè)有點狀電極；

s5、將調(diào)光區(qū)邊緣密封，并將電源組件的兩極分別與像素墻、上基板的點狀電極連接。

進一步地，所述液晶高分子顆粒按照以下步驟制備：

s1、取兩塊透光基板，分別在兩塊透光基板的內(nèi)表面涂覆垂直取向?qū)樱?/p>

s2、將兩塊透光基板涂覆有垂直取向?qū)拥谋砻嫦騼?nèi)平行放置，中間加間隔子封裝制成液晶盒；

s3、向液晶盒填充摻有光引發(fā)劑、阻聚劑、液晶單體的溶液，并用紫外光輻照或加熱固化，得到液晶薄膜；

s4、取出液晶薄膜，通過物理粉碎制成液晶高分子顆粒；或在固化時結(jié)合掩模版或模板法直接制成液晶高分子顆粒。

間隔子是一種壓敏膠，膠內(nèi)填充了單一粒徑的微米級無機顆粒，以保證粘結(jié)上下基板后中間的間隔是固定的。

垂直取向?qū)佑泻芏喾N，常用自取向聚酰亞胺，或采用非取向聚酰亞胺、聚乙烯醇等材料，結(jié)合刮擦、刮刻、刷等制備工藝制成垂直取向?qū)印?/p>

上述電控智能窗的光調(diào)節(jié)方法：通過通斷電控制帶電高分子顆粒移動來調(diào)節(jié)特定波段光的反射和吸收。未通電時調(diào)光區(qū)內(nèi)的帶電液晶高分子顆粒均勻懸浮在填充液中，通電時帶電液晶高分子顆粒聚集吸附在像素墻附近，以實現(xiàn)光透反射效果的調(diào)控。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明基于膽甾型液晶高分子螺旋的布拉格反射特性，采用了表面帶電的、反射特定波段光的液晶高分子微米顆粒作為基礎(chǔ)反射物，具有易制備、成本低、性能穩(wěn)定和不干擾電磁信號的顯著優(yōu)點。

1、本發(fā)明采用由微小調(diào)光單元組成的陣列結(jié)構(gòu)，則能夠明顯減少響應(yīng)時間，可大大地提高紅外反射液晶高分子顆粒聚集與分散的速度，具有調(diào)控速率快和可單獨調(diào)控的特性。具體表現(xiàn)為：

(1)調(diào)光單元越小，聚集或分散速度越快，智能窗的響應(yīng)時間也就越快。如果接近視頻響應(yīng)速度，甚至可以當(dāng)作顯示屏用。

(2)每個調(diào)光單元可單獨調(diào)控，由此理論上至少可以作為非動態(tài)視頻顯示用。

(3)通過改變電流輸入的方向或電場方向，可以控制顆粒聚集或分散。

2、為了增強電控效果，本發(fā)明對高分子懸浮顆粒進行表面處理，一種方法是通過表面質(zhì)子化或離子化是顆粒表面帶電，另一種方法是通過改變組分，使向列相液晶末端帶有可質(zhì)子化或去質(zhì)子化的基團，最終得到的高分子懸浮顆粒更穩(wěn)定，不存在脫落失效問題。

3、本發(fā)明的電控智能窗具有成本低、響應(yīng)快、顯示面積大等優(yōu)點。除可對各種波段的光進行選擇性透過或反射之外，選擇反射一定波段的光實現(xiàn)顯示不同的顏色和對比度，有望應(yīng)用于反射式彩色顯示。

4、相比cn104793391a公開的技術(shù)，本發(fā)明的區(qū)別在于：

(1)紅外反射材料的調(diào)控方式不同：cn104793391a是利用電場驅(qū)動填充液中的電響應(yīng)液晶分子轉(zhuǎn)向，從而推動紅外反射液晶高分子片從與入射光垂直轉(zhuǎn)動到與入射光平行，實現(xiàn)反射到透射的轉(zhuǎn)變；本發(fā)明是利用電場直接吸引紅外反射液晶高分子材料向電極處聚集，實現(xiàn)反射到全透射的轉(zhuǎn)變。

(2)電場調(diào)控對象不同：cn104793391a中電場驅(qū)動的是填充液中的電響應(yīng)液晶分子(有機小分子)，而本發(fā)明電場直接驅(qū)動紅外反射材料本身。

(3)填充液的組分和要求不同：cn104793391a中填充液除密度合適、可導(dǎo)電外，還必須含有對電場響應(yīng)高的棒狀液晶小分子，產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力來推動液晶高分子片轉(zhuǎn)動，而本發(fā)明則對填充液只有導(dǎo)電性、密度和粘度的要求，可為單一成分。

(4)紅外反射材料形貌要求不同：cn104793391a中必須是高分子片，片狀形貌才能有利于翻轉(zhuǎn)機制下反射到透射的最大變化，本發(fā)明無此要求。

所產(chǎn)生的優(yōu)勢有：

(1)顆粒要求低：本發(fā)明的高分子懸浮顆?？梢允乔蛐?、棒狀、片狀等，對粒徑分布也沒有很高的要求，而cn104793391a要求必須是片狀的液晶高分子紅外反射片，尺寸還必須盡可能一致，25微米為最佳，否則相同電勢下液晶片的轉(zhuǎn)動效果不一，對實際效果影響會很大；

(2)驅(qū)動更方便：本發(fā)明只需聚集再分散即可，無方向要求，而cn104793391a液晶高分子紅外反射片則是要求90°垂直轉(zhuǎn)動，驅(qū)動力大，對轉(zhuǎn)動方向有要求，其控制并不容易實現(xiàn)；

(3)響應(yīng)時間短：本發(fā)明只要填充液粘度夠低、驅(qū)動力足夠，顆粒的聚集和分散是十分快速的，而cn104793391a中液晶片的90°垂直轉(zhuǎn)動完全依賴于填充液中載體液晶的電場響應(yīng)，然后再靠純分子驅(qū)動液晶片轉(zhuǎn)動，這個過程本身就會慢一些；

(4)回復(fù)性好：本發(fā)明顆粒的聚集和分散快速簡便，反射和透射容易快速切換，回復(fù)性極佳，而cn104793391a中的可回復(fù)性是個難題，相當(dāng)于液晶片90°垂直轉(zhuǎn)動后再90°垂直轉(zhuǎn)動，讓填充液中載體液晶再反向作用一次，這完全改變了載體液晶的取向，所以回復(fù)效果并不佳，回復(fù)十分緩慢；

(5)不存在可視角限制：本發(fā)明的顆粒均勻分布，不拘形狀，球形顆粒亦可，任何可視角來看都會受到顆粒的反射，但cn104793391a基于紅外反射液晶高分子片，對于與入射光完全垂直的方向，透反射轉(zhuǎn)變效果最大，但斜入射的時候效果會打折扣。

附圖說明

圖1為電控智能窗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是單個調(diào)光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為未通電狀態(tài)下電控智能窗中液晶高分子顆粒的分布示意圖；

圖4為通電狀態(tài)下電控智能窗中液晶高分子顆粒的分布示意圖；

圖5為實施例1和實施例2的電控智能窗的反射率。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

實施例1

電控智能窗，如圖1、圖2所示，包括：

兩塊相對的透光基板1、電源組件2、以及透光基板之間的調(diào)光區(qū)，所述調(diào)光區(qū)被像素墻3分隔成若干個調(diào)光單元，調(diào)光單元緊密排列成網(wǎng)格狀；電源組件2的一極與像素墻3連接，另一極與每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的透光基板連接；

以及填充在兩透光基板之間的液晶高分子顆粒和填充液，所述液晶高分子顆粒表面帶電。

電控智能窗按照以下步驟制備：

s1、取兩塊透光基板，分別在兩塊透光基板的內(nèi)表面涂覆垂直取向?qū)樱?/p>

s2、將兩塊透光基板涂覆有垂直取向?qū)拥谋砻嫦騼?nèi)平行放置，中間加間隔子封裝制成液晶盒；

s3、向液晶盒填充摻有光引發(fā)劑、阻聚劑、向列相液晶、手性液晶(組分及含量如表1所示)的溶液，并用紫外光輻照，得到液晶薄膜；

s4、取出液晶薄膜，通過物理粉碎制成尺寸均勻的液晶高分子顆粒；

s5、用陰離子型表面活性劑十二烷基磺酸鈉處理液晶高分子顆粒，使顆粒表面帶負電；

s6、取一塊帶有導(dǎo)電像素墻的透光基板作為下基板，四周以間隔子制成邊框；

s7、將填充液鹽水和帶電的液晶高分子顆?；旌暇鶆?，注入調(diào)光區(qū)，填滿整個基板區(qū)域；

s8、將一塊透光基板作為上基板，與下基板對準后完整貼合，形成中間填有液晶高分子顆粒分散液的電控調(diào)光盒，每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的上基板設(shè)有點狀電極；

s9、將調(diào)光區(qū)邊緣密封，并將電源組件的兩極分別與像素墻、上基板的點狀電極連接。

表1液晶的組分及含量

向列相液晶a為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯，向列相液晶b為4-氰基苯基4'-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酸酯，向列相液晶c為4-[[6-[(1-氧代-2-丙烯基)氧基]己基]氧基]苯甲酸4-甲氧基苯基酯，手性液晶為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯酰氧基-1苯甲酸2,6-二氧-4,8-(1,5-連)八環(huán)酯，光引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦，阻聚劑為對苯二酚。向列相液晶單體a末端具有2個可聚合的丙烯酸酯基團，作為單體交聯(lián)劑。

如圖3所示，未通電時，調(diào)光區(qū)內(nèi)的帶電液晶高分子顆粒4均勻懸浮在填充液中，顆粒在調(diào)光區(qū)均勻水平排列，此時光波照射在反射顆粒上，選擇性反射和透過特定波長的光。

如圖4所示，通電時，帶電液晶高分子顆粒4聚集吸附在像素墻附近，光不再照射在顆粒上而直接透過，實現(xiàn)光透反射效果的調(diào)控。

圖5為電控智能窗的反射率，對應(yīng)可見光波段的調(diào)控。

實施例2

電控智能窗的結(jié)構(gòu)與實施例1相同。

電控智能窗按照以下步驟制備：

s1、取兩塊透光基板，分別在兩塊透光基板的內(nèi)表面涂覆垂直取向?qū)樱?/p>

s2、將兩塊透光基板涂覆有垂直取向?qū)拥谋砻嫦騼?nèi)平行放置，中間加間隔子封裝制成液晶盒；

s3、向液晶盒填充摻有光引發(fā)劑、阻聚劑、向列相液晶、手性液晶(組分及含量如表2所示)的溶液，并用紫外光輻照固化，得到液晶薄膜；

s4、取出液晶薄膜，通過物理粉碎制成尺寸均勻的液晶高分子顆粒；

s5、用陽離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨處理液晶高分子顆粒，使顆粒表面帶正電；

s6、取一塊帶有導(dǎo)電像素墻的透光基板作為下基板，四周以間隔子制成邊框；

s7、將填充液離子液體和帶電的液晶高分子顆?；旌暇鶆?，注入調(diào)光區(qū)，填滿整個基板區(qū)域；

s8、將一塊透光基板作為上基板，與下基板對準后完整貼合，形成中間填有液晶高分子顆粒分散液的電控調(diào)光盒，每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的上基板設(shè)有點狀電極；

s9、將調(diào)光區(qū)邊緣密封，并將電源組件的兩極分別與像素墻、上基板的點狀電極連接。

表2液晶的組分及含量

向列相液晶a為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯，向列相液晶b為4-氰基苯基4'-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酸酯，向列相液晶c為4-[[6-[(1-氧代-2-丙烯基)氧基]己基]氧基]苯甲酸4-甲氧基苯基酯，手性液晶為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯酰氧基-1苯甲酸2,6-二氧-4,8-(1,5-連)八環(huán)酯，光引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦，阻聚劑為對苯二酚。

未通電時，調(diào)光區(qū)內(nèi)的帶電液晶高分子顆粒均勻懸浮在填充液中，顆粒在調(diào)光區(qū)均勻水平排列，此時光波照射在反射顆粒上，選擇性反射和透過特定波長的光。

通電時，帶電液晶高分子顆粒聚集吸附在像素墻附近，光不再照射在顆粒上而直接透過，實現(xiàn)光透反射效果的調(diào)控。

圖5為電控智能窗的反射率，對應(yīng)紅外光波段的調(diào)控。

本實施例通過改變液晶配比實現(xiàn)了對可見光波段的選擇性反射。

實施例3

電控智能窗的結(jié)構(gòu)與實施例1相同。

電控智能窗按照以下步驟制備：

s1、取兩塊透光基板，分別在兩塊透光基板的內(nèi)表面涂覆垂直取向?qū)樱?/p>

s2、將兩塊透光基板涂覆有垂直取向?qū)拥谋砻嫦騼?nèi)平行放置，中間加間隔子封裝制成液晶盒；

s3、向液晶盒填充摻有光引發(fā)劑、阻聚劑、向列相液晶、手性液晶(組分及含量如表3所示)的溶液，并加熱固化，得到液晶薄膜；

s4、結(jié)合掩模版或模板法直接制成液晶高分子顆粒；

s5、用弱堿處理液晶高分子顆粒，使其去質(zhì)子化而帶負電；

s6、取一塊帶有導(dǎo)電像素墻的透光基板作為下基板，四周以間隔子制成邊框；

s7、將填充液乙醇和帶電的液晶高分子顆?；旌暇鶆?，注入調(diào)光區(qū)，填滿整個基板區(qū)域；

s8、將一塊透光基板作為上基板，與下基板對準后完整貼合，形成中間填有液晶高分子顆粒分散液的電控調(diào)光盒，每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的上基板設(shè)有點狀電極；

s9、將調(diào)光區(qū)邊緣密封，并將電源組件的兩極分別與像素墻、上基板的點狀電極連接。

表3液晶的組分及含量

向列相液晶a為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯，向列相液晶b為4-羧基苯基4'-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酸酯，向列相液晶c為4-[[6-[(1-氧代-2-丙烯基)氧基]己基]氧基]苯甲酸4-甲氧基苯基酯，手性液晶為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯酰氧基-1苯甲酸2,6-二氧-4,8-(1,5-連)八環(huán)酯，光引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦，阻聚劑為對苯二酚。

未通電時，調(diào)光區(qū)內(nèi)的帶電液晶高分子顆粒均勻懸浮在填充液中，顆粒在調(diào)光區(qū)均勻水平排列，此時光波照射在反射顆粒上，選擇性反射和透過特定波長的光。

通電時，帶電液晶高分子顆粒聚集吸附在像素墻附近，光不再照射在顆粒上而直接透過，實現(xiàn)光透反射效果的調(diào)控。

本實施例通過改變液晶配比實現(xiàn)了對可見光波段的選擇性反射，且液晶配方中有一種組分末端帶有羧基，可經(jīng)去質(zhì)子化帶負電。

實施例4

電控智能窗的結(jié)構(gòu)與實施例1相同。

電控智能窗按照以下步驟制備：

s1、取兩塊透光基板，分別在兩塊透光基板的內(nèi)表面涂覆垂直取向?qū)樱?/p>

s2、將兩塊透光基板涂覆有垂直取向?qū)拥谋砻嫦騼?nèi)平行放置，中間加間隔子封裝制成液晶盒；

s3、向液晶盒填充摻有光引發(fā)劑、阻聚劑、向列相液晶、手性液晶(組分及含量如表4所示)的溶液，并用紫外光輻照固化，得到液晶薄膜；

s4、取出液晶薄膜，通過物理粉碎制成尺寸均勻的液晶高分子顆粒；

s5、用弱酸處理液晶高分子顆粒，使其質(zhì)子化而帶正電；

s6、取一塊帶有導(dǎo)電像素墻的透光基板作為下基板，四周以間隔子制成邊框；

s7、將填充液鹽水和帶電的液晶高分子顆粒混合均勻，注入調(diào)光區(qū)，填滿整個基板區(qū)域；

s8、將一塊透光基板作為上基板，與下基板對準后完整貼合，形成中間填有液晶高分子顆粒分散液的電控調(diào)光盒，每個調(diào)光單元中心處所對應(yīng)的上基板設(shè)有點狀電極；

s9、將調(diào)光區(qū)邊緣密封，并將電源組件的兩極分別與像素墻、上基板的點狀電極連接。

表4液晶的組分及含量

向列相液晶a為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯，向列相液晶b為4-氨基苯基4'-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酸酯，向列相液晶c為4-[[6-[(1-氧代-2-丙烯基)氧基]己基]氧基]苯甲酸4-甲氧基苯基酯，手性液晶為4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯酰氧基-1苯甲酸2,6-二氧-4,8-(1,5-連)八環(huán)酯，光引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?；?氧化膦，阻聚劑為對苯二酚。

未通電時，調(diào)光區(qū)內(nèi)的帶電液晶高分子顆粒均勻懸浮在填充液中，顆粒在調(diào)光區(qū)均勻水平排列，此時光波照射在反射顆粒上，選擇性反射和透過特定波長的光。

通電時，帶電液晶高分子顆粒聚集吸附在像素墻附近，光不再照射在顆粒上而直接透過，實現(xiàn)光透反射效果的調(diào)控。

本實施例通過改變液晶配比實現(xiàn)了對可見光波段的選擇性反射，且液晶配方中有一種組分末端帶有氨基，可經(jīng)質(zhì)子化帶正電。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。