向列相液晶物理凝膠與PVA分散液晶的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、液晶的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使其在一維或二維遠(yuǎn)程有序，可在力、電和磁等外場作用下取向，被廣泛用作顯示、光學(xué)與電光器件、有序模板、生物檢測等功能材料。流動性是液晶的重要屬性，使其能夠在外場下快速響應(yīng)，但也為液晶器件的進(jìn)一步發(fā)展帶來了問題和限制。如何獲得具有快速刺激響應(yīng)、同時(shí)具備一定的機(jī)械穩(wěn)定性的液晶材料是這一領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。液晶分散體是將液晶的光學(xué)性能和響應(yīng)性與基體材料的力學(xué)性能和加工優(yōu)勢有效結(jié)合的新型功能材料。其中，液晶物理凝膠是一類新穎的刺激

2、-響應(yīng)、熱可逆軟固體材料。然而，其模量往往不高，導(dǎo)致其耐電壓性低和抗剪切力的性能差，難以滿足自支撐要求。與此同時(shí)，低驅(qū)動電壓、快速響應(yīng)是光電器件的必備要求。由于液晶分散體中存在大量的液晶-基體界面，對界面進(jìn)行調(diào)控將有利于提高液晶的性能。本論文主要圍繞液晶物理凝膠的制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控、液晶/聚合物界面調(diào)控對其性能的影響進(jìn)行研究。
　　首先，選取系列芐基山梨醇衍生物（DBS、MDBS和DMDBS）為凝膠因子，在向列相液晶4-正戊基-4'-

3、氰基聯(lián)苯（5CB）中制備了液晶物理凝膠。研究了凝膠因子的分子結(jié)構(gòu)、含量對液晶凝膠微結(jié)構(gòu)、相行為、流變學(xué)行為和電光性能的影響。結(jié)果表明，與DBS相比，苯環(huán)上含甲基的MDBS和DMDBS在液晶中具有更高的凝膠能力。相同含量時(shí)，所形成的液晶凝膠具有更高的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度，表現(xiàn)出更高的耐熱性。由于DMDBS分子剛性大，在液晶中形成的納米纖維粗且凝膠呈現(xiàn)纖維織構(gòu)，所以具有更高的模量，展現(xiàn)出優(yōu)良的自支撐能力。由于液晶凝膠的驅(qū)動電壓隨著液晶微區(qū)大小

4、的增加而減少，使得DMDBS凝膠同時(shí)具有較低的驅(qū)動電壓。
　　其次，選取DBS為凝膠因子，在向列相混合液晶P0616A中制備了液晶物理凝膠。在液晶態(tài)時(shí)，利用扭曲向列相（TN）液晶盒表面取向和外加磁場取向兩種方式分別制備了有序網(wǎng)絡(luò)液晶物理凝膠。研究了凝膠因子含量對有序網(wǎng)絡(luò)液晶凝膠的微結(jié)構(gòu)、電光性能的影響。結(jié)果表明，有序網(wǎng)絡(luò)的形成要求液晶凝膠的各向同性-向列相轉(zhuǎn)變溫度大于溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度，以利用取向液晶的模板作用。由于表面取向效應(yīng)，

5、液晶凝膠在TN盒的基板上形成了定向排列的自組裝納米纖維，在兩基板之間形成了扭曲網(wǎng)絡(luò)，加快了液晶凝膠的響應(yīng)速度。同樣，制備過程中施加磁場使液晶凝膠形成了沿磁場方向定向聚集的有序網(wǎng)絡(luò)，垂直于基板的有序網(wǎng)絡(luò)降低了液晶凝膠的驅(qū)動電壓。
　　再次，使用新型Gemini表面活性劑，采用高速剪切法，制備了聚乙烯醇（PVA）分散液晶薄膜。研究了Gemini表面活性劑對PVA分散液晶薄膜的微結(jié)構(gòu)、相行為、電光性能的影響。結(jié)果表明，與相同烷基鏈的普通

6、表面活性劑相比，Gemini表面活性劑的CMC值大幅降低、與反離子結(jié)合的能力提高，形成膠束時(shí)所需用量低，游離離子少，有利于延長PVA分散液晶薄膜的使用壽命。Gemini表面活性劑使液晶微滴尺寸明顯變小、均勻分散于PVA基體中，并且使液晶微滴的指向矢構(gòu)型由兩極型轉(zhuǎn)變?yōu)閺较蛐?，提高了PVA分散液晶薄膜的對比度，加快了其響應(yīng)速度，同時(shí)保持了較低的驅(qū)動電壓。
　　最后，采用高速剪切法，成功制備了新穎的PVA分散液晶凝膠薄膜。研究了其微結(jié)構(gòu)

7、、相行為和電光性能。結(jié)果表明，液晶物理凝膠以分散相微滴的形式分散于聚合物基體中，正交偏振光下呈現(xiàn)明顯的雙折射現(xiàn)象，加入表面活性劑使液晶凝膠微滴尺寸進(jìn)一步減小，但凝膠因子形成的納米纖維三維網(wǎng)絡(luò)仍然存在于分散相中，并且PVA分散液晶凝膠薄膜的各向同性-向列相轉(zhuǎn)變溫度和溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變溫度隨著DBS含量增加的變化規(guī)律與液晶凝膠本體相同，有利于進(jìn)一步利用液晶和凝膠纖維網(wǎng)絡(luò)之間的模板作用調(diào)控纖維網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。由于分散相—液晶物理凝膠為高對比度的光散射