[发明专利]一种碳点稳定的自发光蓝相液晶材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳点稳定的自发光蓝相液晶材料及其制备方法，将一定浓度的碳点掺杂进蓝相液晶中，自由移动的碳点尺寸较小，在蓝相缺陷处聚集，从而达到稳定蓝相的空间排列结构，拓宽温域，降低蓝相液晶的相转变温度的目的。另一方面碳点优异的发光性能与蓝相液晶体系相结合，从而可以制备出具备自发光性能的蓝相液晶材料。本发明解决了普通蓝相液晶温域窄、无法自发光的问题。在最佳的掺杂比例下，最高可以拓宽2.5℃的温域，相转变温度降低12.3℃，且具有较强的荧光发射。

技术领域

本发明属于液晶材料领域，具体涉及一种碳点稳定的自发光蓝相液晶材料及其制备方法。

背景技术

蓝相液晶(BPLC)是一种新兴的软3D光子材料，可以通过在胆甾型液晶中或在非手性向列型液晶中添加手性掺杂剂，然后调节温度诱导相变而获得。在分子间强手性力的驱动下，蓝相液晶分子可以自组装形成双扭曲螺旋圆柱，在三维空间内堆积形成周期性的3D立方晶格纳米结构，蓝相液晶的螺旋和周期性结构导致其独特的光学性能，如选择性反射，圆二色性、旋光性和无双折射等。蓝相液晶材料在液晶显示方面潜力巨大，相比于传统液晶在显示上更具优势，如响应速度快、无需视角补偿膜、无需彩色滤光片、无需取向层，甚至无需偏振片等。但蓝相液晶显示器本质上是基于传统非发射液晶，需要额外的背光器件，所以蓝相液晶显示器仍然存在亮度低，能量效率低的缺点。

蓝相液晶分子的双扭曲排列必然会在微观上形成诸多高能量的缺陷，造成整个体系具有不稳定性，使得蓝相液晶温域狭窄且相转变点较高，这些问题一直大大地限制了蓝相材料的应用。上述问题是目前限制蓝相液晶使用的最大原因。

发明内容

因此，针对上述现有技术以及应用中存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳点稳定的发光蓝相液晶制备方法。申请人研究发现掺杂少量的纳米粒子可以起到稳定蓝相液晶的作用。纳米粒子会在蓝相液晶的缺陷处聚集，降低体系的自由能，从而达到稳定蓝相液晶的空间排列结构，提高蓝相液晶的热力学稳定性的作用，具有非常重要的理论意义和应用价值。本发明基于碳点掺杂的优势，将具有优异发光性能的碳点掺杂进蓝相液晶中，通过特定比例的手性物质和碳点，可以实现温域的拓宽、相转变温度的大幅度降低(碳点稳定蓝相液晶的表现为拓宽温域及相转变温度降低)和蓝相液晶的自发光。

本发明通过以下技术方案实现。

一种碳点稳定的自发光蓝相液晶材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备蓝相液晶：将向列相液晶和手性化合物以一定比例混合，超声溶解制得蓝相液晶母体液晶。

(2)称取一定量的蓝相液晶母体液晶，将碳点/二氯甲烷溶液加入到所述蓝相液晶母体液晶中，超声至完全溶解，得到碳点/蓝相液晶的混配物。

(3)将上述碳点/蓝相液晶的混配物加热挥发去除二氯甲烷溶剂，得到最终产物自发光蓝相液晶。

观察上述液晶复合物的蓝相织构，蓝相温域及荧光光谱。

其中步骤一所述手性物质占蓝相液晶的质量比为3.2％～3.6％；超声溶解的时间为1-3h；手性物质为R5011；向列相液晶的种类为SLC7011(熔点Tm为-29.95℃，清亮点为TNI＝67.05℃，室温下(25℃)的介电各向异性参数为Δε＝16.1，双折射率为为0.148)

其中步骤二碳点在蓝相液晶中的质量比为0.5％～3.0％；超声分散时间为1-3h；碳点是采用现有技术的一步溶剂热法合成的掺氮的碳点。

其中步骤三中加热温度为50～60℃；步骤三加热时间为4～6h。

本发明还进一步要求保护上述方法制备的碳点稳定的自发光蓝相液晶。

掺杂少量的掺氮碳点材料，可制备出具有自发光性能的蓝相液晶，其中碳点掺杂比例为2.5wt％时，发光蓝相液晶具有最大的荧光发射强度。继续增加碳点的掺杂比例到3.0wt％时，样品的荧光发射强度有所降低。