[发明专利]洗出/再填充技术制备单层胆甾相液晶薄膜的方法及应用

说明书

本发明提供了一种利用洗出/再填充技术制备单层胆甾相液晶薄膜的方法。将向列相液晶、手性化合物、可聚合单体、光引发剂按照一定的质量比混合均匀，制成特定螺距的胆甾相液晶复合体系。通过对复合体系进行光辐照聚合，然后使用有机溶剂洗出小分子液晶、手性化合物和未反应可聚合单体，得到具有螺旋结构的聚合物网络。重新混配不同螺距的胆甾相液晶体系填入聚合物网络中，在稳定后再次聚合，可以得到具有特殊反射性能的单层胆甾相液晶薄膜。本发明具有制作工艺简单，方法灵活，材料来源丰富，价格低廉，应用领域广泛等优点。

技术领域

本发明属于功能材料应用领域，提供了一种利用洗出/再填充技术制备具有反射带记忆功能的单层胆甾相液晶薄膜的方法。该材料可广泛应用于光增亮膜、光栅、激光防护、光学器件及传感器等领域。

背景技术

液晶是自然界中物质存在的一种特殊形态，液晶具有晶体的光学各向异性又具有液体的流动性质，它是一种低维有序的流体。液晶分子的质心是无序的(晶体是有序的)，而其指向矢是有序的(普通液体无序)，因而液晶是一种对外场敏感的光学各向异性的物质。由于这种特殊的结构，液晶能够对光进行调制，因而被广泛应用在显示领域。反射波段在可见光区域的胆甾相液晶材料，可以应用在液晶显示器的光增亮膜上，我们知道，绝大多数的液晶自身不会发光，需要有背光源系统提供光源，由于背光源系统占整个主机的电耗比重很高，因此增加背光源本身的亮度非明智之举。使用光增亮膜可以显著增加液晶显示屏的光利用率和亮度，这种光增亮膜可以通过聚合物稳定胆甾相液晶薄膜来实现；反射波段在可见光区域的胆甾相液晶还可以应用于温度指示、肿瘤检查、防伪商标、反射液晶显示、彩色滤光片、反射型圆偏振片等方面。反射波段在近红外光区域的胆甾相液晶可应用于节能环保的建筑玻璃或者涂料方面。反射波段在中红外光区域的胆甾相液晶在军事上的屏蔽隐身方面具有潜在的应用前景。

胆甾相液晶(N^*相液晶)是在向列相液晶中添加手性化合物而形成的，液晶分子排列成周期性螺旋结构，可近似看作分层排列，层与层平行，层内分子长轴方向基本一致，相邻层之间液晶分子长轴取向依次规则地旋转一定的角度，沿层的法线方向排列成螺旋状结构，分子长轴取向旋转360°之后复原。两个分子长轴取向相同(即旋转360°)的最近层间距离称为胆甾相液晶的螺距(P)。由于具有这种特殊的周期性螺旋结构，胆甾相液晶能够选择性反射圆偏振光，选择性反射入射光的波长λ＝nP，n为液晶材料的平均折射率。单一螺距的胆甾相液晶选择性反射入射光的波长范围介于λ_max＝n_eP和λ_min＝n_oP之间(n_e和n_o分别为非寻常光折射率和寻常光折射率)；反射带宽Δλ＝λ_max-λ_min＝(n_e-n_o)P＝ΔnP(Δn＝n_e-n_o为双折射率)。本文反射带宽指的是反射带的宽度，在反射带宽内，与胆甾相液晶螺旋结构旋向相同的圆偏振光被反射，与胆甾相液晶螺旋结构旋向相反或者在反射带宽之外的圆偏振光被透射出去。

一般而言，由于大多数液晶材料的双折射率小于0.3，在可见光区，胆甾相液晶的反射带宽为100nm左右。单层胆甾相液晶薄膜常常只有单一的反射峰和较窄的反射带宽，这对于某些应用来说是不够的。而叠加多层的薄膜时，薄膜之间的折射率突变又会明显地影响体系透过率。

因此，在聚合物稳定胆甾相液晶研究领域中的一个重要研究目标是得到反射带灵活可调控，反射带较宽，整体透过率高，制作工艺简单的薄膜材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单的单层胆甾相液晶薄膜材料的制作方法，原料易得，工艺简单，成本较低。

根据本发明的第一方面，提供一种利用洗出/再填充技术制备单层胆甾相液晶薄膜的方法，其具体制备工艺为：