不同单体配比对聚合物网络及聚合物稳定胆甾相液晶器件光电性能的影响

张姗娜，张 俊，陆红波

(合肥工业大学 光电技术研究院，安徽 合肥 230009)

1 引 言

聚合物稳定胆甾相液晶(Polymer Stabilized Cholesteric Liquid Crystal，PSCLC)是将胆甾相液晶材料和可聚合液晶性单体的混合材料注入液晶盒中，在平面排列态(Planar Texture，P态)或垂直排列态(Homeotropic Texture，H态)用紫外光诱导单体聚合形成的复合材料[1]，广泛应用于电光窗、红外光调节器、可调光学衰减器等领域，近年来成为液晶器件研究的热点[2]。PSCLC 器件的光电性能强烈依赖于聚合物网络，而聚合物网络结构主要由单体决定。BAB6与RM257是两种常用的单体，BAB6与液晶相容性较差，形成疏松不规整的交联状网络形貌，对液晶分子的锚定作用力较小；而RM257与液晶相容性较好，形成取向排列的纤维状网络形貌，对液晶分子的锚定作用力较强。本文通过调节BAB6和RM257 2种单体含量来控制聚合物网络结构，进而调节聚合物网络与液晶分子之间的锚定作用力，改善液晶器件的性能[3]。该方法无需合成新的单体，且操作简洁、高效，可大大降低研究成本，具有广阔的应用前景。

2 实验部分

将向列相液晶材料P0616A(诚志永华)，手性剂R6N(江苏和成)，单体(RM257与BAB6，自制)，光引发剂(BME)按质量比92.5%，2.7%，4.5%，0.3%混合均匀，在50 ℃下0.15 mW/cm2的UV光照射2 h制备常白模式PSCLC器件。单体结构式如图1所示，RM257与BAB6质量配比见表1。

表1 单体RM257与BAB6配比

图1 单体BAB6与RM257的结构式Fig.1 Chemical structures of BAB6 and RM257

用液晶参数测试仪(LCT-5406E，中科院长春物理研究所)研究PSCLC器件的光电性能；用扫描电子显微镜(SEM，JSM-6490LV)观察聚合物网络形貌[4]。

3 结果与讨论

扫描电子显微镜可以研究聚合物的网络形貌(如图2所示)，当RM257含量较大时(图2(a)、(b))，聚合物网络由取向排列的纤维组成；当单体RM257含量低于60%时，聚合物网络形貌发生变化(图2(c)、(d)、(e))，逐渐转变为疏松不规整的交联状结构；当聚合物单体全为BAB6时(图2(f))，形成的聚合物网络呈球形颗粒状。

图2 不同单体配比形成的聚合物网络扫描电镜图Fig.2 SEM images of polymer network formed in samples with different monomer ratio

图3是PSCLC的光电性能曲线。关态时，PSCLC处于P态，透过率最高约为85%；随着驱动电压的增加，PSCLC逐步向FC态转变，透过率逐渐降低；当驱动电压大于饱和电压，液晶分子呈FC态排列，此时PSCLC的透过率最低[5]，约为16%。由图3可知，当聚合物单体全为RM257时，形成取向排列的纤维状聚合物网络结构，此时光电性能曲线较平缓，随着RM257的减少，聚合物网络转变为疏松不规整的交联状网络结构时，光电性能曲线变的陡峭，整体向低电压区域移动。图4是PSCLC器件的动态响应曲线，加电压时，液晶分子由P态向FC态转变，撤电压时，液晶分子要回复到P态。开启时间主要受外加电场的影响，与聚合物网络关系不大[1]，而关闭时间是由聚合物网络对液晶分子的锚定作用力决定的，从图4中可以看出，随着RM257含量的增加，由于聚合物网络对液晶分子的锚定作用增强，因此toff逐渐减小。

图3 不同样品的光电性能曲线Fig.3 Electric-transmittance curves of the cells

常白模式PSCLC中，聚合物网络的锚定力有利于液晶分子处于P态[6-8]，当聚合物网络为取向排列的纤维状时，阈值电压(Vth)较大，约为14 V；当聚合物网络由于RM257含量的减少而变为疏松不规整的交联状时，阈值电压减小，当聚合物单体全为BAB6时，此时聚合物网络为球型颗粒状[9]，此时阈值电压最小，为4.4 V；而饱和电压(Vsat)逐渐降低，由27.2 V降低到7.1 V。PSCLC的开态透过率受单体配比影响不大，而RM257与BAB6比例对PSCLC关态透过率产生了重大的影响，当RM257与BAB6比例为1：4时，关态透过率最低，因此对比度最大。

图4 不同样品的动态响应曲线Fig.4 Dynamic response curves of the cells

不同单体配比的PSCLC器件光电性能参数见表2，当聚合物单体全为RM257时，关闭时间为1.88 ms，当聚合物单体全为BAB6时，关闭时间增加到163.48 ms。

表2 不同样品的光电性能参数

4 结 论

本文通过调节不同单体比例来控制聚合物的网络结构，从而改善聚合物稳定胆甾相液晶器件的光电性能[10]。研究结果表明：聚合物单体组分中RM257含量减小时，聚合物网络逐渐由取向排的纤维状网络向疏松不规整的交联状网络转变，聚合物网络对液晶分子的锚定作用减弱，因此toff增大，饱和电压减小；当RM257与BAB6比例为1∶4时，器件的对比度较高。通过调节RM257与BAB6配比，可调节液晶器件的性能，为制备性能优良的光电器件提供了一种新的研究方法。

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