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17
2025
-
07
基于环氧-硫醇高对比度彩色聚合物分散液晶的制备及性能研究
作者：
聚合物分散液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC）是一种由微米级液晶微滴分散在聚合物基体中的智能材料。未加电场时，液晶无序排列，光线散射（雾态）；施加电场后，液晶定向排列，材料变透明。这种电控光开关特性使其广泛应用于智能调光玻璃、隐私屏和柔性显示器，具有响应快、低能耗和机械稳定性好的特点。
近日，合肥工业大学光电技术研究院陆红波研究员团队在《液晶与显示》（ESCI、Scopus收录、中文核心期刊）2025年第7期题目为“基于环氧-硫醇高对比度彩色聚合物分散液晶的制备及性能”的研究文章，被选为当期封面文章，该文章基于环氧-硫醇聚合物基体，掺杂蒽醌染料，通过调控染料种类和浓度，实现PDLC光电性能和力学性能的双重优化。
染料的吸光光谱及光稳定性测试
传统PDLC大多为白色或灰色，存在着颜色单一的问题，限制其在个性化设计以及高附加值领域的应用潜力，选用三种蒽醌染料测试其可见光吸收光谱，如图2所示，三种染料表现出特征吸收峰，分散橙的最大吸收波长在480 nm，溶剂绿28在630 nm ~ 680 nm处表现出较强的吸收波长，溶剂蓝104在545 nm ~ 640 nm处有较强的吸收峰。同时在强光（365 nm，30 mW/cm2，2h）照射下吸收光谱无明显变化，表现出良好的稳定性。
染料浓度对PDLC的微观结构的影响
如图3、图4、图5所示，分别表征了分散橙、溶剂绿28、溶剂蓝104浓度对PDLC微观结构的影响，所有样品均为网孔结构，其中随着分散橙浓度的增加，网孔尺寸先减小后增加，而随着溶剂绿28和溶剂蓝104含量的增加，网孔尺寸逐渐增大，这网孔大小的变化归因于分散橙分子中含有强极性基团（-NH2）能与环氧-硫醇网络形成有效的氢键相互作用，以及分散橙与液晶具有良好的相容性，致使相分离时间更晚，网孔尺寸减小；而过多的加入会增加其对紫外光的吸收，导致光生碱剂分解效率降低，网孔尺寸增加。溶剂绿28与溶剂蓝104则倾向于对光进行吸收导致光生碱剂分解效率下降，网孔尺寸增加。
染料种类和浓度对PDLC的光电性能的影响
探究了染料种类和浓度对PDLC光电性能的影响，分散橙的引入会导致PDLC的驱动电压逐渐增加，溶剂绿28和溶剂蓝104则会降低PDLC的驱动电压。适量的加入分散橙会极大的提升PDLC的开态透过率，添加0.25 wt%透过率由80.6%提升至82.13%。而过量的加入由于染料对可见光进行吸收，透过率下降。溶剂蓝104的加入会降低透过率。此外染料的加入也会对响应时间产生影响，三种染料均会导致开态响应时间先增加后减小，分散橙对关态响应时间影响与开态响应时间类似，而溶剂绿28与溶剂蓝104的加入则会导致关态响应时间增加。
染料种类和浓度对PDLC的剥离强度的影响
进一步探究了染料种类和浓度对PDLC力学性能的影响，三种染料对剥离强度的影响均表现为先增加后减小，其中分散橙的加入会明显提升PDLC的力学性能，添加0.5 wt%剥离强度由150.45 N/m提升至194.72 N/m。而溶剂绿28和溶剂蓝104只有加入极少量时会提升剥离强度，过多会导致剥离强度下降。从实物图中可以观察到良好的透过态与散射态。
总结与展望
该研究工作通过系统的研究分散橙、溶剂绿28、溶剂蓝104三种染料对PDLC光电性能、力学性能等影响进行探究。研究结果表明适量的加入分散橙和溶剂绿28能够优化Ton改善光电性能。但分散橙会导致驱动电压增加，而溶剂绿28和溶剂蓝104则会降低驱动电压，溶剂蓝104会降低PDLC的雾度。通过合理的添加染料种类和浓度可实现PDLC光电性能和力学性能的双重优化。为PDLC在柔性显示和智能窗等领域的应用提供了新的思路。
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