[发明专利]一种纳米粒子稳定蓝相液晶复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料与显示领域，涉及蓝相液晶材料和无机纳米材料，特别涉及利用将不同粒径且经过表面修饰的纳米粒子按一定比例添加到具有较宽温域的蓝相液晶中，以实现蓝相液晶在强电场作用下的可逆回复，同时还可在一定程度上拓宽蓝相温域，以用于制备快速显示用新型液晶显示器件和光学器件。

背景技术

蓝相(Liquid crystalline Blue Phases，BPs)是宏观上介于各向同性态和胆甾相之间的一种特殊相态，常出现在高手性液晶体系之中。微观上，蓝相是一种无双折射现象的品格缺陷相，其品格参数大小与可见光波长的数量级相当(几百纳米)。蓝相从晶体结构上可以分为三个子相，分别命名为蓝相I(BPI)、蓝相II(BPII)和蓝相III(BPIII)，其相应的品格结构分别为体心立方结构、简单立方结构和无定型态。蓝相液晶材料由于具有微秒级的电场响应速度，被认为是最具发展前途的下一代液晶显示材料。与传统的液晶显示器相比，蓝相液晶显示器具有以下四大突出优点：(1)由于蓝相液晶具有微秒级的电场响应速度，可以采用场序驱动，不再需要彩色滤光片，这样不仪可以降低材料成本，还可以提高背光源利用率；(2)蓝相液晶由于宏观上呈现光学各项同性，因此，蓝相液晶显示器的基板内表面不再需要取向处理，这可以大幅度地简化生产工艺，从而降低生产成本；(3)蓝相液晶显示器具有较宽的视觉特性，不再需要视觉补偿膜，且视觉宽窄可以根据实际需要进行调控；(4)蓝相液晶显示器中光的透过率不受基板间隙的影响，故生产过程中基板间隙无需严格控制，从而可大幅度简化生产工艺，进一步降低生产成本。

然而，目前限制蓝相液晶在器件中实际应用的主要障碍是小分子蓝相液晶在强电场作用下难以回复。【D.C.Wright and N.D.Mermin，Rev.Mod.Phys.，1989，61，385；A.Tiribocchi，G.Gonnella，D.Marenduzzo，E.Orlandini，Soft Matter，2011，7，3295.】本发明将不同粒径且经过表面修饰的无机纳米粒子按一定比例添加到具有较宽温域的蓝相液晶中，以实现蓝相液晶在强电场作用下的可逆回复，同时还可在一定程度上拓宽蓝相温域。

发明内容

本发明的目的在于利用无机纳米粒子具有较大的偶极矩，且其对液晶分子产生较强锚定作用的特性，米实现该蓝相液晶在强电场作用下的可逆回复，并在一定程度上拓宽蓝相温域。通过将不同粒径且经过表面修饰的ZnS、ZnO、GdS、GdSe等无机纳米粒子引入到具有较宽温域的蓝相液晶中，以改善该蓝相液晶材料的光电性能，开发出新型的具有电场驱动可逆回复特性的蓝相液晶材料。本发明的纳米粒子稳定蓝相液晶复合材料体系的组分按重量比分别为：

蓝相液晶    98.0～99.05％

纳米粒子    0.05～2.0％

本发明中所用的纳米材料是粒径范围在3～200nm的ZnS、ZnO、GdS、GdSe等具有较大偶极矩的无机纳米粒子。这些无机纳米粒子在使用前，通过表面化学键合或物理包覆上一层有机(或无机)化合物的方法米进行表面修饰，从而改善纳米粒子的分散性、减少团聚，提高纳米粒子与液晶相的相容性。可利用的制备方法有微乳液法、微胶囊法、复合法、偶联剂法、表面活性剂法等。本发明中无机纳米粒子通过表面修饰后具有较好的分散性，在混合体系中质量百分比达2.0％时仍具有较好的相容性。

本发明所用的蓝相液晶要求具有较宽的蓝相温域(不小于5.0℃)，该蓝相液晶材料的粘度要求小于50mPa，熔点需低于-10℃，清亮点要在30～200℃。

本发明采用以下技术方案米实现本发明的目的：

1、制备不同粒径的ZnS、ZnO、GdS、GdSe等无机纳米粒子。通过使用表面活性剂对纳米粒子进行表面修饰，并得到分散性较好的纳米粒子。

2、选择一种具有较宽温域的蓝相液晶作为母体材料。

3、为使纳米粒子在体系中分散均匀，先将纳米粒子放入一定量的乙醇或丙酮溶剂中(约每毫克纳米粒子需2毫升溶剂)，进行超声30分钟，使其在溶剂中充分分散；然后将之按一定配比加入到蓝相液晶中，使体系混合均匀，在真空状态下保存24小时，使溶剂完全挥发，即制得所需纳米粒子稳定蓝相液晶复合材料。

4、将上述所制得的纳米粒子稳定蓝相液晶复合材料注入IPS液晶盒，利用综合参数测试仪测定该蓝相液晶复合材料的电光性能，以观察蓝相液晶在强电场作用下的回复特性；蓝相液晶复合材料的电光性能测试示意图如图1所示。