聚合物分散液晶（PDLC）膜是微米尺寸的液晶微滴嵌入連續聚合物基體中形成的薄膜。在電場控制下，利用液晶分子的外場響應性，并根據液晶微滴與聚合物基體折射率匹配程度，可以實現光散射態和透明態兩種狀態相互切換。其工作示意圖如圖1所示。

圖1 PDLC工作示意圖

由于具有不需要偏振片、轉換速度快、制備簡單、易于大面積制備等優點，近年來 PDLC 被廣泛用于智能窗戶、防偷窺薄膜、2D/3D 集成成像顯示、渦流成像仿真等領域。但傳統 PDLC 膜驅動電壓高，對比度低，限制了其進一步發展。

一般來說，想要提高PDLC膜的對比度，通常會向膜中添加二色性染料。但因制備薄膜多是采用光聚合誘導相分離法，二色性染料加入后會在紫外光下很快分解，不僅不能改善對比度，還有可能因其對紫外光的吸收，反而消耗掉部分紫外光能量，降低預聚物聚合速度，從而損害薄膜的電光性能。

近年，人們發現利用堿催化下的點擊化學（名詞解釋>）方法代替傳統光聚合，可很好地解決該問題。但目前關于點擊化學用于PDLC膜制備的相關研究還不多，具體實施方法和條件工藝等方面尚有待細化。

鑒于此，四川大學汪映寒教授團隊在《液晶與顯示》（ESCI、Scopus收錄，中文核心期刊）發表了題為“單體烷基鏈長度對聚合物分散液晶膜電光性能的影響”的研究文章。

本文利用四種不同烷基鏈長度的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA)與硫醇單體三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸)酯(TMPMP)反應，并引入相同質量的異氰酸酯單體異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）,以4-二甲基氨基吡啶(DMAP)為堿催化劑，合成了具有巰基-異氰酸酯-烯烴三元網絡的PDLC膜。

研究了烯烴單體的烷基鏈長度對制備的PDLC膜電光性能，包括閾值電壓（Vth)、飽和電壓（Vsat）、開態透過率(Ton)、關態透過率(Toff)和對比度（CR)等的影響，以求制備性能更為優良的PDLC膜。

巰基-異氰酸酯-烯烴三元網絡的PDLC膜

在聚合物網絡的形成過程中，液晶分子分布空間受到擠壓，逐漸形成液晶微滴，折射率也隨之改變。人們習慣性采用偏光顯微鏡觀察PDLC膜的形貌，以獲取液晶微滴尺寸信息。

在圖2(a)中展示了使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的POM圖像。樣品A1-A4所采用的烯烴單體分別為PEGDA200、PEGDA400、PEGDA600和PEGDA1000?？梢钥闯?，A1和A2幾乎看不到LC微滴。隨著烯烴烷基鏈長度增加，A3已經能隱約看到一些代表著液晶微滴的白點，A4甚至能直接從POM看到LC微滴形狀。由此可推測LC微滴隨著烯烴烷基鏈長度的增加而增大。

圖2 (a)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的POM圖像; (b)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的SEM圖像

由于A1-A3三個樣品呈現出的POM圖不佳，為進一步驗證上述結論，如圖2(b)所示，利用SEM觀察A1-A3三份樣品的表面形貌，從結果圖中，不難看出，LC微滴的確是隨著烯烴烷基鏈長度的增加而增大。作者認為此現象應是增長的烷基鏈降低了聚合物交聯網絡密度和單體活性，給予了液晶微滴充足的時間生長所致。

烯烴烷基鏈長度對PDLC電光性能的影響

圖3是使用不同烷基鏈長度的烯烴制得的各PDLC的電光響應曲線。

圖3：使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的電光響應曲線

通過該電光性能曲線，可得到PDLC樣品的各項電光性能，如圖4所示。

圖4：(a)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的Toff和Ton；(b)使用不同烷基鏈長度烯烴制得的PDLC的CR；(c)使用不同烷基鏈長度烯烴制得PDLC的Vth和Vsat

從這些結果中，可以看出隨著體系中烯烴烷基鏈長度增加，閾值電壓（Vth）、飽和電壓（Vsat）和對比度 （CR）下降，但關態透過率（Toff）和開態透過率（Ton）上升。液晶微滴的大小是呈現這些現象的關鍵所在。

本文選用四種不同烷基鏈長度烯烴制備PDLC，對比了其電光性能差異。相較之下，當選用烯烴為PEGDA400時，制備的PDLC膜的電光性能最為優異。此結果為選用適當烷基鏈長度烯烴，制備性能優異的PDLC的薄膜有一定的指導意義。

同時，采用點擊化學構建三元網絡，不再使用傳統的紫外光，也為后續在膜中引入二色性染料，進一步提高PDLC膜對比度提供了可能。

論文信息：

曾騰, 何韜鈺, 汪映寒. 單體烷基鏈長度對聚合物分散液晶膜電光性能的影響[J]. 液晶與顯示, 2021, 36(10):1362-1368. DOI：10.37188/CJLCD.2021-0153

論文地址：

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

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通訊作者簡介：

汪映寒, 博士，教授，博士生導師。1998年于東京工業大學獲得工學博士學位。作為引進人才被四川大學特批為教授。曾擔任中國物理學會液晶分會副會長。獲國家教委科學技術進步二等獎、成都市科學技術進步三等獎。在Journal of materials chemistry A(IF: 10.73), Journal of power sources (IF: 7.467) 等期刊發表SCI收錄論文60余篇，獲準日本發明專利6項，授權及公開中國發明專利10余項。已培養博士和碩士研究生50余名。主要研究方向為有功能膜材料、燃料電池質子交換膜、聚酰亞胺液晶取向材料、智能調光膜、高性能復合材料等。E-mail: wang_yh@scu.edu.cn

監制 | 張瑩，趙陽

編輯 | 趙唯

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