论文摘要
液晶的独特结构,使其在一维或二维远程有序,可在力、电和磁等外场作用下取向,被广泛用作显示、光学与电光器件、有序模板、生物检测等功能材料。流动性是液晶的重要属性,使其能够在外场下快速响应,但也为液晶器件的进一步发展带来了问题和限制。如何获得具有快速刺激响应、同时具备一定的机械稳定性的液晶材料是这一领域研究的热点之一。液晶分散体是将液晶的光学性能和响应性与基体材料的力学性能和加工优势有效结合的新型功能材料。其中,液晶物理凝胶是一类新颖的刺激-响应、热可逆软固体材料。然而,其模量往往不高,导致其耐电压性低和抗剪切力的性能差,难以满足自支撑要求。与此同时,低驱动电压、快速响应是光电器件的必备要求。由于液晶分散体中存在大量的液晶-基体界面,对界面进行调控将有利于提高液晶的性能。本论文主要围绕液晶物理凝胶的制备和结构调控、液晶／聚合物界面调控对其性能的影响进行研究。首先,选取系列苄基山梨醇衍生物（DBS、MDBS和DMDBS）为凝胶因子,在向列相液晶4-正戊基-4’-氰基联苯（5CB）中制备了液晶物理凝胶。研究了凝胶因子的分子结构、含量对液晶凝胶微结构、相行为、流变学行为和电光性能的影响。结果表明,与DBS相比,苯环上含甲基的MDBS和DMDBS在液晶中具有更高的凝胶能力。相同含量时,所形成的液晶凝胶具有更高的溶胶-凝胶转变温度,表现出更高的耐热性。由于DMDBS分子刚性大,在液晶中形成的纳米纤维粗且凝胶呈现纤维织构,所以具有更高的模量,展现出优良的自支撑能力。由于液晶凝胶的驱动电压随着液晶微区大小的增加而减少,使得DMDBS凝胶同时具有较低的驱动电压。其次,选取DBS为凝胶因子,在向列相混合液晶P0616A中制备了液晶物理凝胶。在液晶态时,利用扭曲向列相（TN）液晶盒表面取向和外加磁场取向两种方式分别制备了有序网络液晶物理凝胶。研究了凝胶因子含量对有序网络液晶凝胶的微结构、电光性能的影响。结果表明,有序网络的形成要求液晶凝胶的各向同性-向列相转变温度大于溶胶-凝胶转变温度,以利用取向液晶的模板作用。由于表面取向效应,液晶凝胶在TN盒的基板上形成了定向排列的自组装纳米纤维,在两基板之间形成了扭曲网络,加快了液晶凝胶的响应速度。同样,制备过程中施加磁场使液晶凝胶形成了沿磁场方向定向聚集的有序网络,垂直于基板的有序网络降低了液晶凝胶的驱动电压。再次,使用新型Gemini表面活性剂,采用高速剪切法,制备了聚乙烯醇（PVA）分散液晶薄膜。研究了Gemini表面活性剂对PVA分散液晶薄膜的微结构、相行为、电光性能的影响。结果表明,与相同烷基链的普通表面活性剂相比,Gemini表面活性剂的CMC值大幅降低、与反离子结合的能力提高,形成胶束时所需用量低,游离离子少,有利于延长PVA分散液晶薄膜的使用寿命。Gemini表面活性剂使液晶微滴尺寸明显变小、均匀分散于PVA基体中,并且使液晶微滴的指向矢构型由两极型转变为径向型,提高了PVA分散液晶薄膜的对比度,加快了其响应速度,同时保持了较低的驱动电压。最后,采用高速剪切法,成功制备了新颖的PVA分散液晶凝胶薄膜。研究了其微结构、相行为和电光性能。结果表明,液晶物理凝胶以分散相微滴的形式分散于聚合物基体中,正交偏振光下呈现明显的双折射现象,加入表面活性剂使液晶凝胶微滴尺寸进一步减小,但凝胶因子形成的纳米纤维三维网络仍然存在于分散相中,并且PVA分散液晶凝胶薄膜的各向同性-向列相转变温度和溶胶-凝胶转变温度随着DBS含量增加的变化规律与液晶凝胶本体相同,有利于进一步利用液晶和凝胶纤维网络之间的模板作用调控纤维网络的结构。由于分散相—液晶物理凝胶为高对比度的光散射状态,PVA分散液晶凝胶薄膜的对比度比PVA分散液晶薄膜高,响应速度明显加快,但驱动电压随凝胶因子含量增加迅速增加。