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PDLC (polymer dispersed liquid crystal) 聚合物分散液晶

  聚合物分散液晶( PDLC) 是将低分子液晶(liquid crystal,缩写为LC)与预聚物相混合,在一定条件下经聚合反应,形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中,再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料,它主要工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度。聚合物分散液晶膜是将液晶和聚合物结合得到的一种综合性能优异的膜材料。液晶分子赋予了聚合物分散液晶膜显著的电光特性,使其受到了广泛的关注,并有着广阔的应用前景。相对于传统显示器件来说,聚合物分散型液晶显示器具有很多优点,例如不需偏振片和取向层,制备工艺简单,易于制成大面积柔性显示器等,目前已在光学调制器、热敏及压敏器件、电控玻璃、光阀、投影显示、电子书等方面获得广泛应用 。

  PDLC 的制备方法大体可分为相分离法和微胶囊封装法,现在应用较多的是相分离法。相分离法主要包括聚合引发相分离( PIPS) 、热引发相分离( TIPS) 和溶剂引发相分离( SIPS) 。其中聚合相分离方法由于具有工艺简单易控制,固化速度快,毒性小等优点而受到重视,在工业生产中得到广泛应用。按照固化条件的不同,聚合相分离方法又分为热固化 、紫外光(UV) 固化和电子束(EB)固化3种。

聚合引发相分离法(PIPS)

  PISP法是制备PDLC最简便的一种方法。它是将预聚物与液晶混合均匀的均相溶液,通过缩聚反应、自由基聚合或直接光引发聚合,使预聚物分子量增加,当达到临界分子尺寸时,两者的相互溶解性降低,直至发生相分离,形成液晶微滴,并逐渐长大,最后液晶形态被固化的聚合物所固定。液滴的尺寸和形貌取决与从液滴成核到聚合物固化时它的生长时间,它可由聚合速度来控制。而聚合速度可由热固化的温度或光固化的光强来控制。此外,原材料的比例,所选液晶与预聚物的物理参数,如粘度、扩散速度和液晶在聚合物中的溶解性等也是影响LC液滴尺寸和形貌的重要因素。

  高聚物预聚体和LC按比例混合均匀,在固化过程中,随着高聚物基质分子量的增长,LC在高聚物中的溶解度不断减小,最终实现相分离形成LC微粒。这个过程中使用的高聚物可是热塑性的,也可是热固性的。影响LC微粒的尺寸及其分布的主要因素是固化速度,以及固化温度,当超过一定速度固化时可能不会形成LC微粒,温度主要通过影响溶解度,反应速度及反应动力学参数来影响链扩散机理和链结构以致影响到LC微粒的尺寸和分布。

热引发相分离法(TIPS)

  在TIPS过程中,热塑性树脂首先被加热至熔点以上,然后加入所需含量的LC,使两者混合均匀,把均匀溶液在保温状态涂于导电玻璃上,然后按所需的速度冷却到室温,当混合物温度低于一定程度即发生相分离,LC微粒即可形成。在这个过程中,控制冷却速度可以控制LC微粒的尺寸大小及分布,而这最终要影响到PDLC膜的电光性能。

  由于PDLC是集光电薄膜和液晶为一体的有机结合,而液晶是强的光学各向异性和介电各向异性材料,因此,PDLC表现出的电光特性尤为显著。

溶剂引发相分离(SIPS)

  对于无法用热加工的树脂(其熔点高于分解温度),不能用TIPS法制备PDLC膜,可以找一个聚合物和LC的共溶剂,加热溶解制成均相的溶液体系,通过去除溶剂和降低温度达到相分离,形成的LC小微粒分散在高聚物连续相中,在这种方法中,小微粒的尺寸和分布可由除去溶剂的降温速度所控制。使用SIPS制备PDLC膜的过程中,需用极性溶剂,溶剂的回收困难,同时溶剂易造成环境污染,整个过程和TIPS相比较,操作要复杂得多。

微胶囊相分离法(MP)

  在载体的作用下,聚合物和LC混合,强烈搅拌下,LC在聚合物中形成微胶囊。与SIPS法相比较,此法在整个过程中不形成均相溶液,其LC微粒的尺寸一般由搅拌速度决定。和SIPS一样,此方法也需要载体,但前者是使用溶剂,一般容易除去,而后者通常使用水,除去水较困难,需要很长时间,要影响产率,同时水的存在可能要引起LC的电化学降解。

  Suh采用溶液共分散法将氟化的小分子液晶溶胀到单分子的聚甲基丙烯酸酯胶囊中,制备出电光性能优异的PDLC膜。微胶囊中LC液滴的尺寸随LC的浓度的增加而增大,它的阀值电压和驱动电压均低于聚合引发相分离法制备的PDLC膜,但微胶囊法较相分离法制备过程复杂,研究较少。

PDLC光开关原理:

  在无外加电压的情形下,膜间不能形成有规律的电场,液晶微粒的光轴取向随机,呈现无序状态,其有效折射率n0 不与聚合物的折射率np匹配。 入射光线被强烈散射,薄膜呈不透明或半透明状。

  施加了外电压,液晶微粒的光轴垂直于薄膜表面排列,即与电场方向一致。 微粒之寻常光折射率与聚合物的折射率基本匹配,无明显介面,构成了一基本均匀的介质,所以入射光不会发生散射,薄膜呈透明状。因此,在外加电场的驱动下,PDLC具备光开关特性。

  影响PDLC光开关的电光效应的因素诸多,如膜的薄厚、液晶与聚合物的混合比、相分离的时间、温度与驱动电压的频率等。


更新时间:2011-6-2 10:17:00
 
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