曹晖等：制备条件对反式聚合物稳定胆甾相织构膜电光性能的影响 ·765· 物基体折射率的匹配关系，进而实现对光的调控.但 晶由平面织构转变为焦锥织构，呈现强烈的光散射状 是，由于其自身零场呈散射态，施加电场呈透明态的特 态，撤除外加电场后，在基板和聚合物网络的共同作用 点使得其在某些场合的应用受到了限制，同时由于其 下，液晶分子又迅速回复到透明态，这种显示模式又称 在制作过程中采用的聚合单体含量较大，入射光方向 为反式聚合物稳定胆甾相织构(R-PSCT)3a.目前， 的不同会导致液晶分子和聚合物基体之间折射率的不 制作兼具对比度高、工作电压低、响应速度快等优异电 匹配，从而使得聚合物分散液晶材料存在视角问题. 光性能的R-PSCT材料存在一定的困难，这在一定程 通过降低聚合单体含量（通常在质量分数10%以下， 度上限制了R-PSCT材料的广泛应用.影响R-PSCT材 称为聚合物网络稳定液晶，简称PNLC0)可以使材 料电光性能的因素有很多，包括聚合单体和胆甾相液 料中聚合物基体的折射率忽略不计，这样就可以很好 晶的结构和含量、聚合方式和制备条件的选择等.其 地解决了聚合物分散液晶材料所遇到的视角问题.另 中制备条件对R-PSCT材料的电光性能影响很大，采 外采用胆甾相液晶代替向列相液晶，可以使得液晶器 用合适的制备条件可以在很大程度上提高R-PSCT材 件的对比度得到进一步提高.主要原因为通常的聚合 料的电光性能 物网络稳定液晶材料的散射态是通过液晶的双折射实 本文通过紫外光聚合诱导相分离法，由SLC1717/ 现，而一般液晶的双折射率都较小，因此液晶器件的对 CB15/C6M/RG651复合体系制备R-PSCT膜，研究了 比度无法显著提高。胆淄相液晶的焦锥织构为多畴 聚合温度和紫外光辐照度对所制备的R-PSCT膜中聚 态，具有强烈的光散射特性，因此可以通过胆甾相液晶 合物网络的微观形貌及R-PSCT膜电光性能的影响. 平面和焦锥织构的转换制作具有高对比度的液晶器件 (称为聚合物稳定胆甾相织构，简称PSCT)1-四 1实验 调节胆甾相液晶的反射波长在可见光范围以外 1.1材料 时，聚合物稳定胆甾相织构膜呈现透射态，可以用于透 液晶：SLC1717(石家庄永生华清液晶有限公司)， 射式显示；调节胆甾相液晶的反射波长在可见光范围 清亮点温度(T)为365.2K,双折射率（△n)为0.201 内时，聚合物稳定胆甾相织构膜呈现反射态，可以用于 手性添加剂：(S)4'-(2甲基丁基)4联苯腈(CB15) 反射式显示.在本文中，调制胆留相液晶/聚合单体/ (石家庄永生华清液晶有限公司).聚合单体：1,4-双 光引发剂复合体系在室温呈现平面取向（调节胆甾相 4-(6丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]2甲苯 液晶的反射波长在可见光范围以外)，聚合单体通过 (C6M),自制.光引发剂：安息香二甲醚(IRG651)(靖 紫外光辐照后形成近似平行聚合物网络，复合材料在 江宏泰化工有限公司).CB15、C6M和RG651的化学 零电场下呈现透明态，在外加电场的作用下，胆甾相液 结构如图1所示 CH H CH-CH, CB15 6 OCH IRG651 图1CB15、.C6M和RG651的化学结构 Fig.1 Chemical structures of CB15,C6M and IRG651 1.2实验方法 (2)聚合物网络的微观形貌的观察.选取待测 (1)R-PSCT膜的制备.将SLC1717、CB15、C6M R-PSCT膜样品，将R-PSCT膜揭开，选用环己烷作为溶 和IRG651按照预定比例混合均匀，将混合溶液在毛 剂浸泡一定时间，尽可能去除R-PSCT膜中的液晶，将 细作用下灌注到两层经过平面取向处理的透明氧化铟 所得样品在真空中干燥24h,对真空干燥后的样品表 锡(TO)导电层的液晶盒中，然后在不同聚合温度下， 面进行喷碳处理，最后使用S360型扫描电子显微镜 或者不同辐照度的紫外光(365nm)照射4.5h,制得所 (SEM,英国剑桥公司)观察R-PSCT膜中聚合物网络 需要的R-PSCT膜 的微观形貌曹 晖等: 制备条件对反式聚合物稳定胆甾相织构膜电光性能的影响 物基体折射率的匹配关系，进而实现对光的调控． 但 是，由于其自身零场呈散射态，施加电场呈透明态的特 点使得其在某些场合的应用受到了限制，同时由于其 在制作过程中采用的聚合单体含量较大，入射光方向 的不同会导致液晶分子和聚合物基体之间折射率的不 匹配，从而使得聚合物分散液晶材料存在视角问题． 通过降低聚合单体含量(通常在质量分数 10% 以下， 称为聚合物网络稳定液晶，简称 PNLC［9--10］)可以使材 料中聚合物基体的折射率忽略不计，这样就可以很好 地解决了聚合物分散液晶材料所遇到的视角问题． 另 外采用胆甾相液晶代替向列相液晶，可以使得液晶器 件的对比度得到进一步提高． 主要原因为通常的聚合 物网络稳定液晶材料的散射态是通过液晶的双折射实 现，而一般液晶的双折射率都较小，因此液晶器件的对 比度无法显著提高． 胆甾相液晶的焦锥织构为多畴 态，具有强烈的光散射特性，因此可以通过胆甾相液晶 平面和焦锥织构的转换制作具有高对比度的液晶器件 (称为聚合物稳定胆甾相织构，简称 PSCT) ［11--12］． 调节胆甾相液晶的反射波长在可见光范围以外 时，聚合物稳定胆甾相织构膜呈现透射态，可以用于透 射式显示;调节胆甾相液晶的反射波长在可见光范围 内时，聚合物稳定胆甾相织构膜呈现反射态，可以用于 反射式显示． 在本文中，调制胆甾相液晶/聚合单体/ 光引发剂复合体系在室温呈现平面取向(调节胆甾相 液晶的反射波长在可见光范围以外)，聚合单体通过 紫外光辐照后形成近似平行聚合物网络，复合材料在 零电场下呈现透明态，在外加电场的作用下，胆甾相液 晶由平面织构转变为焦锥织构，呈现强烈的光散射状 态，撤除外加电场后，在基板和聚合物网络的共同作用 下，液晶分子又迅速回复到透明态，这种显示模式又称 为反式聚合物稳定胆甾相织构(R-PSCT) ［13--16］． 目前， 制作兼具对比度高、工作电压低、响应速度快等优异电 光性能的 R-PSCT 材料存在一定的困难，这在一定程 度上限制了 R-PSCT 材料的广泛应用． 影响 R-PSCT 材 料电光性能的因素有很多，包括聚合单体和胆甾相液 晶的结构和含量、聚合方式和制备条件的选择等． 其 中制备条件对 R-PSCT 材料的电光性能影响很大，采 用合适的制备条件可以在很大程度上提高 R-PSCT 材 料的电光性能． 本文通过紫外光聚合诱导相分离法，由 SLC1717 / CB15 /C6M/IRG651 复合体系制备 R-PSCT 膜，研究了 聚合温度和紫外光辐照度对所制备的 R-PSCT 膜中聚 合物网络的微观形貌及 R-PSCT 膜电光性能的影响． 1 实验 1. 1 材料 液晶:SLC1717(石家庄永生华清液晶有限公司)， 清亮点温度(TN-I)为 365. 2 K，双折射率(Δn)为 0. 201． 手性添加剂:( S)-4’-(2-甲基丁基)-4-联苯腈(CB15) (石家庄永生华清液晶有限公司)． 聚合单体:1，4-双 ［4-( 6-丙烯酰氧基己氧基) 苯 甲 酰 氧 基］-2-甲 苯 (C6M)，自制． 光引发剂:安息香二甲醚( IRG651) (靖 江宏泰化工有限公司)． CB15、C6M 和 IRG651 的化学 结构如图 1 所示． 图 1 CB15、C6M 和 IRG651 的化学结构 Fig． 1 Chemical structures of CB15，C6M and IRG651 1. 2 实验方法 (1) R-PSCT 膜的制备． 将 SLC1717、CB15、C6M 和 IRG651 按照预定比例混合均匀，将混合溶液在毛 细作用下灌注到两层经过平面取向处理的透明氧化铟 锡(ITO)导电层的液晶盒中，然后在不同聚合温度下， 或者不同辐照度的紫外光(365 nm)照射 4. 5 h，制得所 需要的 R-PSCT 膜． (2) 聚合物网络的微观形貌的观察． 选取待测 R-PSCT膜样品，将 R-PSCT 膜揭开，选用环己烷作为溶 剂浸泡一定时间，尽可能去除 R-PSCT 膜中的液晶，将 所得样品在真空中干燥 24 h，对真空干燥后的样品表 面进行喷碳处理，最后使用 S360 型扫描电子显微镜 (SEM，英国剑桥公司) 观察 R-PSCT 膜中聚合物网络 的微观形貌． ·765·