点击化学：聚合物分散液晶膜

聚合物分散液晶（PDLC）膜是微米尺寸的液晶微滴嵌入连续聚合物基体中形成的薄膜。在电场控制下，利用液晶分子的外场响应性，并根据液晶微滴与聚合物基体折射率匹配程度，可以实现光散射态和透明态两种状态相互切换。其工作示意图如图1所示。

图1 PDLC工作示意图

由于具有不需要偏振片、转换速度快、制备简单、易于大面积制备等优点，近年来 PDLC 被广泛用于智能窗户、防偷窥薄膜、2D/3D 集成成像显示、涡流成像仿真等领域。但传统 PDLC 膜驱动电压高，对比度低，限制了其进一步发展。

一般来说，想要提高PDLC膜的对比度，通常会向膜中添加二色性染料。但因制备薄膜多是采用光聚合诱导相分离法，二色性染料加入后会在紫外光下很快分解，不仅不能改善对比度，还有可能因其对紫外光的吸收，反而消耗掉部分紫外光能量，降低预聚物聚合速度，从而损害薄膜的电光性能。

近年，人们发现利用碱催化下的点击化学（名词解释>）方法代替传统光聚合，可很好地解决该问题。但目前关于点击化学用于PDLC膜制备的相关研究还不多，具体实施方法和条件工艺等方面尚有待细化。

鉴于此，四川大学汪映寒教授团队在《液晶与显示》（ESCI、Scopus收录，中文核心期刊）发表了题为“单体烷基链长度对聚合物分散液晶膜电光性能的影响”的研究文章。

本文利用四种不同烷基链长度的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA)与硫醇单体三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸)酯(TMPMP)反应，并引入相同质量的异氰酸酯单体异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）,以4-二甲基氨基吡啶(DMAP)为碱催化剂，合成了具有巯基-异氰酸酯-烯烃三元网络的PDLC膜。

研究了烯烃单体的烷基链长度对制备的PDLC膜电光性能，包括阈值电压（Vth)、饱和电压（Vsat）、开态透过率(Ton)、关态透过率(Toff)和对比度（CR)等的影响，以求制备性能更为优良的PDLC膜。

巯基-异氰酸酯-烯烃三元网络的PDLC膜

在聚合物网络的形成过程中，液晶分子分布空间受到挤压，逐渐形成液晶微滴，折射率也随之改变。人们习惯性采用偏光显微镜观察PDLC膜的形貌，以获取液晶微滴尺寸信息。

在图2(a)中展示了使用不同烷基链长度烯烃制得的PDLC的POM图像。样品A1-A4所采用的烯烃单体分别为PEGDA200、PEGDA400、PEGDA600和PEGDA1000。可以看出，A1和A2几乎看不到LC微滴。随着烯烃烷基链长度增加，A3已经能隐约看到一些代表着液晶微滴的白点，A4甚至能直接从POM看到LC微滴形状。由此可推测LC微滴随着烯烃烷基链长度的增加而增大。

图2 (a)使用不同烷基链长度烯烃制得的PDLC的POM图像; (b)使用不同烷基链长度烯烃制得的PDLC的SEM图像

由于A1-A3三个样品呈现出的POM图不佳，为进一步验证上述结论，如图2(b)所示，利用SEM观察A1-A3三份样品的表面形貌，从结果图中，不难看出，LC微滴的确是随着烯烃烷基链长度的增加而增大。作者认为此现象应是增长的烷基链降低了聚合物交联网络密度和单体活性，给予了液晶微滴充足的时间生长所致。

烯烃烷基链长度对PDLC电光性能的影响

图3是使用不同烷基链长度的烯烃制得的各PDLC的电光响应曲线。

图3：使用不同烷基链长度烯烃制得的PDLC的电光响应曲线

通过该电光性能曲线，可得到PDLC样品的各项电光性能，如图4所示。

图4：(a)使用不同烷基链长度烯烃制得的PDLC的Toff和Ton；(b)使用不同烷基链长度烯烃制得的PDLC的CR；(c)使用不同烷基链长度烯烃制得PDLC的Vth和Vsat

从这些结果中，可以看出随着体系中烯烃烷基链长度增加，阈值电压（Vth）、饱和电压（Vsat）和对比度 （CR）下降，但关态透过率（Toff）和开态透过率（Ton）上升。液晶微滴的大小是呈现这些现象的关键所在。

本文选用四种不同烷基链长度烯烃制备PDLC，对比了其电光性能差异。相较之下，当选用烯烃为PEGDA400时，制备的PDLC膜的电光性能最为优异。此结果为选用适当烷基链长度烯烃，制备性能优异的PDLC的薄膜有一定的指导意义。

同时，采用点击化学构建三元网络，不再使用传统的紫外光，也为后续在膜中引入二色性染料，进一步提高PDLC膜对比度提供了可能。

论文信息：

曾腾, 何韬钰, 汪映寒. 单体烷基链长度对聚合物分散液晶膜电光性能的影响[J]. 液晶与显示, 2021, 36(10):1362-1368. DOI：10.37188/CJLCD.2021-0153

论文地址：

http://cjlcd.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJLCD.2021-0153

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通讯作者简介：

汪映寒, 博士，教授，博士生导师。1998年于东京工业大学获得工学博士学位。作为引进人才被四川大学特批为教授。曾担任中国物理学会液晶分会副会长。获国家教委科学技术进步二等奖、成都市科学技术进步三等奖。在Journal of materials chemistry A(IF: 10.73), Journal of power sources (IF: 7.467) 等期刊发表SCI收录论文60余篇，获准日本发明专利6项，授权及公开中国发明专利10余项。已培养博士和硕士研究生50余名。主要研究方向为有功能膜材料、燃料电池质子交换膜、聚酰亚胺液晶取向材料、智能调光膜、高性能复合材料等。E-mail: wang_yh@scu.edu.cn

监制 | 张莹，赵阳

编辑 | 赵唯

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