聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶的低壓致反射帶隙展寬

高文慧，郭瑞彩，李小帥，張美珊，孫玉寶

（河北工業(yè)大學(xué) 應(yīng)用物理系，天津 300401）

1 引言

膽甾相液晶（CLCs）的分子排列呈現(xiàn)為周期性的螺旋狀結(jié)構(gòu)［1］，使得CLCs 具有獨(dú)特的選擇性反射的光學(xué)特性，因此被廣泛應(yīng)用于反射顯示器［2-3］、可調(diào)諧彩色濾光片［4-5］和無(wú)鏡激光器［6-7］等領(lǐng)域。局限于液晶雙折射率，CLCs 的反射帶隙一般不超過(guò)100 nm，限制了其在無(wú)偏振反射全彩顯示［8］、激光防護(hù)［9］、光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)［10］以及可切換智能窗戶［11-15］等方面的應(yīng)用。因此，如何拓寬反射帶隙成為膽甾相液晶研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一?，F(xiàn)有研究表明，通過(guò)形成螺距梯度或非均勻螺距分布的方式可以拓寬膽甾相液晶的反射帶隙［16-17］。Broer 等［18-19］利用分子擴(kuò)散法來(lái)制備聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶（PSCLC）反射器件，使得反射帶隙由40 nm 增加到350 nm，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)可見(jiàn)光譜的反射。Kim 等［20］利用相似相容原理將反射帶隙拓寬了至少200 nm。PSCLC 經(jīng)紫外光聚合后，反射帶隙雖得到明顯增寬，但其螺距被永遠(yuǎn)地固定下來(lái)，不能通過(guò)施加外部刺激實(shí)現(xiàn)對(duì)其反射帶隙的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，大大降低了膽甾相液晶的實(shí)用價(jià)值。

研究人員為實(shí)現(xiàn)CLCs 反射帶隙的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)做出了諸多嘗試。楊槐等［21］將溫度作為刺激展寬條件，制備了可實(shí)現(xiàn)熱致帶隙展寬的PSCLC薄膜。Chen 等［22］利用手性偶氮苯化合物的紫外吸收特性實(shí)現(xiàn)CLCs 螺距梯度分布，發(fā)現(xiàn)紫外光可誘導(dǎo)反射帶隙展寬。然而，光場(chǎng)和溫度對(duì)膽甾相液晶分子螺距的調(diào)控速度較慢，光熱響應(yīng)的PSCLC 器件對(duì)周?chē)h(huán)境因素的變化卻十分敏感，使實(shí)驗(yàn)及測(cè)試過(guò)程中的不可控因素增多，容易影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。相比于其他外加刺激，電場(chǎng)調(diào)控因其具備操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢(shì)被公認(rèn)為帶隙調(diào)諧的首選方法［23-27］。目前，反射帶隙電致展寬的研究已取得許多成果［21，28-30］，并在顯示器和光子通信方面得以廣泛應(yīng)用［27，31］。Khandelwal 等［11］利用PSCLC（含負(fù)電各向異性液晶和乙二醇雙交聯(lián)劑）制備了電調(diào)諧紅外光反射器，通過(guò)施加1.2 V/μm 的直流電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了帶隙展寬。Lu 等［32］提出了一種電調(diào)諧帶寬的PSCLC，添加的手性離子在直流電場(chǎng)下重新分布，形成螺距梯度變化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶隙可調(diào)。張欣敏等［33］通過(guò)添加紫外吸收染料，制備了一種新型聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶器件，但該器件需要較高的電壓（超過(guò)10 V）才能達(dá)到足夠大的螺距梯度分布。總之，現(xiàn)有研究主要集中在擴(kuò)大拓寬范圍和降低閾值電壓方面，而如何在擴(kuò)大拓寬范圍的同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電壓仍有待進(jìn)一步優(yōu)化。

本文以降低CLCs 反射帶隙電致展寬的驅(qū)動(dòng)電壓為目標(biāo)，制備了一種聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶器件，研究了不同因素對(duì)展寬結(jié)果的影響，調(diào)整配比得到綜合性能最好的樣品。制備得到的PSCLC 僅需施加很小的直流電壓便可引起顯著的帶隙展寬效果，并且在撤除電場(chǎng)后反射帶隙會(huì)迅速恢復(fù)初始光電特性，形成可逆的動(dòng)態(tài)調(diào)諧過(guò)程。本研究?jī)H通過(guò)調(diào)整材料配比便可實(shí)現(xiàn)低壓致帶隙展寬，有助于進(jìn)一步降低PSCLC 反射帶隙電致展寬的能源消耗。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用材料包括負(fù)性向列相液晶HNG715600-100（ne=1.646，no=1.493（@589 nm，20 ℃），Δε=-12.2（@1 kHz，25 ℃））、手性摻雜劑R6N、聚合物單體RM257（上述材料均購(gòu)自江蘇合成顯示科技有限公司）、紫外吸收染料UV-234（購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、光引發(fā)劑RG184（購(gòu)于江蘇和成新材料有限公司）。以上藥品的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。所有材料均直接使用，沒(méi)有進(jìn)一步純化。

圖1 用于制備PSCLC 的材料化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of the materials used in PSCLC

2.2 樣品制備

上述材料按照一定比例進(jìn)行混合，所得混合物置于暗室中利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，攪拌溫度調(diào)至其清亮點(diǎn)以上，以獲得良好的均勻狀態(tài)。通過(guò)毛細(xì)作用將已分散均勻的CLC 混合物在室溫下注入到液晶盒中，該液晶盒由兩塊沒(méi)有聚酰亞胺（PI）取向?qū)拥腎TO 玻璃制成，盒厚利用間隔子（d=20，30，40 μm）進(jìn)行控制。然后對(duì)填充完畢的樣品依次施加低頻交流電（1 Hz）和高頻交流電（1 kHz），由此獲得排列良好的平面織構(gòu)態(tài)［34］。最后在室溫條件下利用紫外光（365 nm，20 mW/cm2）對(duì)樣品進(jìn)行10 min 的照射，紫外燈中心距離樣品的距離為5 cm。聚合物單體在此過(guò)程中聚合形成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而完成PSCLC 樣品的制備。需要注意的是，在聚合時(shí)需全程對(duì)體系施加1 kHz 的高頻高壓交流電，以降低聚合物網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)對(duì)液晶分子排列的擾亂。制備過(guò)程如圖2 所示。

圖2 PSCLC 制備過(guò)程示意圖Fig.2 Schematic diagram of PSCLC preparation process

2.3 測(cè)量

在室溫（26 ℃）下測(cè)試PSCLC 的電光特性，測(cè)試裝置如圖3 所示。將電壓波形發(fā)生器（RIGOL DG4062）和電壓放大器（TEGAM2350）與所制得的樣品連接，以HL2000 鹵素?zé)簦úㄩL(zhǎng)為350～1 100 nm）作為光源，通過(guò)樣品的光最終由光纖光譜儀（FX200L-RO）收集，用Morpho 3.2.6.r146 軟件進(jìn)行分析，不斷調(diào)整施加在樣品上的直流電壓進(jìn)而得到一系列PSCLC 的透過(guò)率曲線。

圖3 PSCLC 電光測(cè)量系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of PSCLC electro-optic measurement system

3 結(jié)果與討論

聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶反射帶隙電致展寬的機(jī)理是聚合物網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致液晶分子螺距變化。直流電場(chǎng)中，聚合物網(wǎng)絡(luò)會(huì)捕獲極性陽(yáng)離子，并在靜電力的作用下進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)，且網(wǎng)絡(luò)對(duì)液晶分子具有錨定作用，將帶動(dòng)液晶分子一同進(jìn)行移動(dòng)，從而破壞了液晶盒內(nèi)原本均勻的螺距分布，形成非均勻的螺距排布結(jié)構(gòu)（圖4）?？梢钥闯?，聚合物網(wǎng)絡(luò)對(duì)PSCLC 的帶隙展寬至關(guān)重要，而單體濃度、液晶盒厚度、染料濃度等因素會(huì)對(duì)聚合物網(wǎng)絡(luò)的形貌和密度方面產(chǎn)生直接影響。為了得到綜合性能最優(yōu)的PSCLC 器件，有必要對(duì)以上因素進(jìn)行研究。

圖4 直流電壓調(diào)控反射帶隙展寬示意圖Fig.4 Schematic diagram of reflection bandwidth broadening by applying DC voltage

3.1 單體濃度對(duì)反射帶隙電致展寬的影響

制備4 個(gè)單體濃度分別為2.8%、2%、1.5%、1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的樣品。將材料按照表1 中的配比進(jìn)行混合依次得到樣品A1～A4。其中負(fù)性液晶和手性摻雜劑的比例均為HNG715600-100∶R6N=96.86∶3.14（以重量單位計(jì)），混合均勻的樣品灌入厚度為30 μm 的液晶盒中。逐漸增大施加在PSCLC 樣品上的驅(qū)動(dòng)電壓，直到液晶盒出現(xiàn)散射態(tài)（如圖5（b）中8.75 V 驅(qū)動(dòng)的結(jié)果），不再增大電壓，各樣品在直流電場(chǎng)作用下的展寬效果如圖5 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品的材料組成Tab.1 Material composition of the experimental samples

觀察圖5 可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓增大到一定值時(shí)，各樣品在可見(jiàn)光波段的透過(guò)率均顯著下降，這是由于施加直流電壓時(shí)形成無(wú)序的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引起的動(dòng)態(tài)散射現(xiàn)象所導(dǎo)致的［35］。在聚合物網(wǎng)絡(luò)的錨定作用下，盒內(nèi)液晶分子雜亂排布，使局部區(qū)域折射率迅速變化，從而對(duì)入射光產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)散射，此時(shí)PSCLC 由平面態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯⑸鋺B(tài)，而該狀態(tài)不是本文的研究重點(diǎn)，故下文不再涉及散射態(tài)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓，例如圖5（b）和5（c）的8.75 V。將臨近散射態(tài)的驅(qū)動(dòng)電壓定義為Vmax，反射帶隙開(kāi)始拓展的驅(qū)動(dòng)電壓定義為Vmin。

圖5 單體濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為（a）2.8%，（b）2%，（c）1.5%和（d）1%的樣品隨電壓變化的透射光譜圖。Fig.5 Transmission spectra of the samples changes with voltage for different monomer concentration（mass fraction）（a）2.8%，（b）2%，（c）1.5% and（d）1%，respectively.

圖5（a）為樣品A1 隨外加電壓的增加，反射帶隙展寬的光譜圖。處于平面態(tài)的樣品（0～13.25 V）在外加電壓的作用下反射帶隙由初始的98.51 nm 增寬到159.09 nm，該濃度的展寬程度最小。圖5（b）呈現(xiàn)了PSCLC 樣品A2 隨施加電壓由0 V 至7.5 V 時(shí)的透射光譜，其反射帶隙的展寬效果最為顯著，帶寬由94.65 nm 展寬至272.10 nm。而對(duì)于樣品A3，即使施加相同的電壓值其反射帶隙的展寬效果卻相對(duì)較小，呈現(xiàn)出99.27～228.72 nm 的帶隙展寬范圍（圖5（c））。隨后將單體濃度進(jìn)一步減小至1%，此時(shí)即便增加外加電壓至11.25 V，樣品A4 的帶寬最大僅能達(dá)到185.97 nm，其展寬能力明顯下降，且其動(dòng)態(tài)散射現(xiàn)象最明顯（圖5（d））。

通過(guò)圖5 還可以發(fā)現(xiàn)，樣品反射帶隙兩側(cè)的展寬程度均存在明顯的差異。為了更方便地觀察和對(duì)比PSCLC 的反射帶隙左右兩側(cè)擴(kuò)展量的差異性，我們繪制了不同單體濃度樣品的λmin和λmax隨外加電壓變化的曲線圖（圖6），其中λmin和λmax分別為透射光譜中反射帶隙左右兩側(cè)透射光半峰高處的波長(zhǎng)值。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，4 個(gè)樣品帶隙兩側(cè)的展寬的確存在不同程度差異，之所以會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象是因?yàn)樵撘壕w系中添加了紫外吸收劑，由于聚合時(shí)存在光強(qiáng)梯度，紫外吸收劑的引入會(huì)使PSCLC 形成非均勻分布的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而這正是反射帶隙兩側(cè)出現(xiàn)電光響應(yīng)差異的關(guān)鍵［33］。有趣的是，圖5（a）～（c）都是λmax比λmin展寬更明顯，但圖5（d）呈現(xiàn)的現(xiàn)象卻恰好相反，其原因是測(cè)量樣品時(shí)所施加的電場(chǎng)方向與前3 個(gè)樣品的電場(chǎng)方向相反。

圖6 單體濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為（a）2.8%，（b）2%，（c）1.5%和（d）1%的樣品的λmin 和λmax 隨外加電壓變化的曲線圖。Fig.6 λmin and λmax changed with the applied voltage in samples with monomer concentration（mass fraction）of（a）2.8%，（b）2%，（c）1.5%，and（d）1%.

觀察圖6 可以發(fā)現(xiàn)，樣品A1～A4 的驅(qū)動(dòng)電壓范圍不盡相同，且λmax與λmin之間的差值（即反射帶隙）隨電壓的增加呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)也不同。為更加直觀了解單體濃度與驅(qū)動(dòng)電壓之間的關(guān)系，將兩者及其展寬效果繪制成圖7。

圖7 （a）不同單體濃度的PSCLC 體系帶寬與直流電壓的關(guān)系；（b）驅(qū)動(dòng)電壓為7.5 V 時(shí)，不同單體濃度樣品的反射帶隙；（c）不同單體濃度樣品電致展寬的驅(qū)動(dòng)電壓范圍。Fig.7 （a）Relationship between bandwidth and DC voltage of PSCLC system with different monomer concentrations；（b）Reflected bandwidth of samples with different monomer concentrations at the drive voltage of 7.5 V；（c）Electrically broadened driving voltage range for samples with different monomer concentrations.

由圖7（a）可知，單體濃度越高，樣品反射帶隙對(duì)電壓的變化越敏感，所表現(xiàn)出的響應(yīng)能力也越強(qiáng)。單體濃度為2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，樣品對(duì)電壓的響應(yīng)最顯著，帶隙拓寬最明顯，最大值可達(dá)初始帶寬的3 倍，而所需電壓僅為7.5 V。進(jìn)一步增大單體濃度，反射帶隙對(duì)電壓的響應(yīng)能力減弱，需要更大的場(chǎng)強(qiáng)才可使其反射帶隙實(shí)現(xiàn)小范圍的拓寬。從圖7（b）可以看出，驅(qū)動(dòng)電壓同為7.5 V 的情況下，樣品反射帶隙起初會(huì)隨單體濃度的增加而擴(kuò)大，單體濃度為2%的反射帶隙達(dá)到峰值，之后隨單體濃度的增大而減小。此外，由圖7（c）可知，單體濃度為2%的PSCLC 樣品的最小驅(qū)動(dòng)電壓Vmin和最大驅(qū)動(dòng)電壓Vmax均處于最低值，分別為0.5 V 和7.5 V，過(guò)高或過(guò)低的單體濃度都會(huì)導(dǎo)致帶隙展寬所需的Vmin和Vmax增大，進(jìn)而造成更多的能源損耗，不符合節(jié)約能源的理念。

低電壓是電調(diào)諧液晶器件所追求的理想狀態(tài)，而單體濃度為2%時(shí)的電壓值在一定程度上恰好滿足電調(diào)諧液晶器件低功耗的要求。上述研究結(jié)果表明，可以通過(guò)調(diào)整單體濃度降低PSCLC 器件的工作電壓。

3.2 液晶盒厚度對(duì)反射帶隙電致展寬的影響

制備不同盒厚（即d=20，30，40 μm）的PSCLC，分別記為樣品B1、B2、B3，按照表1 中樣品A2 的比例進(jìn)行配制，攪拌、灌盒以及聚合過(guò)程的條件均與上文相同。逐漸增大施加在PSCLC 樣品上的驅(qū)動(dòng)電壓，直到出現(xiàn)散射態(tài)（圖8（a）中8.75 V驅(qū)動(dòng)的結(jié)果），不再增大電壓，得到不同盒厚的PSCLC 樣品的光譜圖（圖8）。

觀察圖8 發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)電壓增大到某一值時(shí)，不同盒厚樣品受動(dòng)態(tài)散射的影響，可見(jiàn)光波段的透過(guò)率都明顯減弱［35］，表現(xiàn)為散射態(tài)，所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓不予考慮，例如圖8（b）的8.75 V。

圖8（a）為樣品B1 在不同驅(qū)動(dòng)電壓下的透射光譜圖。從中可以看出，驅(qū)動(dòng)電壓升至7.5 V 時(shí)，反射帶隙由初始的95.39 nm 拓寬至194.63 nm，展寬程度不夠明顯，且易產(chǎn)生散射現(xiàn)象。而同樣將電壓從0 V 增加至7.5 V，樣品B2帶隙的展寬效果卻尤為顯著（圖8（b）），其反射帶隙由94.65 nm 增寬至272.10 nm。進(jìn)一步將盒厚增大為40 μm，此時(shí)即使增大電壓至8.75 V，樣品B3 所能達(dá)到的最大帶寬僅為209.32 nm，展寬能力下降明顯（圖8（c））。

圖8 盒厚分別為（a）20 μm、（b）30 μm 和（c）40 μm 的樣品隨電壓變化的透射光譜圖。Fig.8 Transmission spectra of samples with voltage for different cell thicknesses of（a）20 μm，（b）30 μm and（c）40 μm.

觀察圖8 發(fā)現(xiàn)，反射帶隙兩側(cè)的展寬程度均存在明顯差異。為此繪制了不同盒厚樣品λmin和λmax與外加電壓的關(guān)系圖（圖9）。這也印證了聚合物網(wǎng)絡(luò)的非均勻分布是帶隙兩側(cè)展寬差異的關(guān)鍵這一結(jié)論。另外，由于測(cè)量樣品時(shí)所施加的電場(chǎng)方向相反，圖9（a）的λmax、λmin的展寬情況與圖9（b）和9（c）也恰好相反。

圖9 液晶盒 厚度分別為（a）20 μm，（b）30 μm 和（c）40 μm 的樣品的λmin和λmax隨外加電壓變化的曲線圖。Fig.9 λmin and λmax changes with the applied voltage in samples with cell thickness of（a）20 μm，（b）30 μm and（c）40 μm.

觀察圖9 發(fā)現(xiàn)，樣品B1～B3 的驅(qū)動(dòng)電壓范圍不同，且不同盒厚樣品反射帶隙隨電壓增加所呈現(xiàn)的變化趨勢(shì)也存在較大差異。為了方便觀察和分析，將盒厚、驅(qū)動(dòng)電壓及其帶隙展寬情況繪制成圖10。

圖10 （a）不同盒厚的PSCLC 反射帶隙與直流電壓的關(guān)系圖；（b）驅(qū)動(dòng)電壓為7.5 V 時(shí)，不同盒厚樣品的反射帶隙；（c）不同盒厚樣品電致展寬的驅(qū)動(dòng)電壓范圍。Fig.10 （a）Relationship between PSCLC reflection band with different cell thickness and DC voltage；（b）Reflected bandwidth of samples with different cell thickness at the drive voltage of 7.5 V；（c）Electrically broadened driving voltage range for samples with different cell thicknesses.

由圖10（a）可知，隨著液晶盒厚度的增加，樣品對(duì)電壓的響應(yīng)更加敏感，在較低的直流電壓作用下其反射帶隙即可拓寬為初始的3 倍，所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓最低，進(jìn)一步增加液晶盒厚度，樣品反射帶隙隨電壓的展寬程度下降，即使施加更大的電壓，反射帶隙的拓展范圍依然較小。觀察圖10（b）可 知，選取驅(qū) 動(dòng)電壓同為7.5 V 的PSCLC 樣品，其反射帶隙會(huì)隨液晶盒的增厚而擴(kuò)大，直至盒厚為30 μm 時(shí)，達(dá)到峰值，繼續(xù)增大盒厚，最大反射帶隙反而會(huì)減小。對(duì)比圖10（c）中3 個(gè)樣品的驅(qū)動(dòng)電壓范圍發(fā)現(xiàn)，盒厚為30 μm的PSCLC 帶隙展寬所需的工作電壓最低，驅(qū)動(dòng)更容易，而由過(guò)薄或過(guò)厚的液晶盒制成的樣品均不能達(dá)到低壓驅(qū)動(dòng)的效果。

上述結(jié)果說(shuō)明，制備的PSCLC 反射帶隙的展寬效果最佳的液晶盒厚度為30 μm，所需工作電壓最低，其中Vmin低至0.5 V，Vmax低至7.5 V。

3.3 染料含量對(duì)反射帶隙電致展寬的影響

考慮到紫外吸收染料可能會(huì)對(duì)帶隙展寬效果及驅(qū)動(dòng)電壓產(chǎn)生影響，為此我們制備了5 個(gè)UV-234 含量不同的樣品，其濃度分別為0%、0.4%、0.8%、1.2% 和1.6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），將材料灌入到30 μm 的液晶盒中依次得到樣品C1～C5。所有樣品中負(fù)性液晶和手性摻雜劑的比例均為HNG715600-100∶R6N=96.86∶3.14（以重量單位計(jì)）。逐漸增大施加在PSCLC樣品上的驅(qū)動(dòng)電壓，直到液晶盒出現(xiàn)散射態(tài)（圖11（b）中8.75 V 驅(qū)動(dòng)的結(jié)果），不再增大電壓，各樣品在直流電場(chǎng)作用下的展寬效果如圖11所示。

圖11 紫外吸收染料濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為（a）0%，（b）0.4%，（c）0.8%，（d）1.2%和（e）1.6%的樣品隨電壓變化的透射光譜圖。Fig.11 Transmission spectra of samples with voltage for different UV absorption dye concentrations（mass fraction）of（a）0%，（b）0.4%，（c）0.8%，（d）1.2%，and（e）1.6%.

對(duì)比圖11（a）～（e）可見(jiàn)，反射帶隙左右兩側(cè)的展寬差異隨紫外吸收染料濃度增加越來(lái)越顯著，當(dāng)濃度超過(guò)0.8%時(shí)，這種差異性逐漸減弱。此外，不同染料濃度的樣本最大驅(qū)動(dòng)電壓基本維持在7.5 V 左右，說(shuō)明改變?nèi)玖蠞舛葘?duì)樣品最大驅(qū)動(dòng)電壓Vmax的影響并不大，但其最小驅(qū)動(dòng)電壓Vmin隨染料濃度的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，其中紫外吸收染料濃度為0.8% 時(shí)，Vmin最小，表明最佳的紫外吸收染料濃度為0.8%。

3.4 聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶器件的響應(yīng)

以上研究結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)低壓致帶隙展寬的PSCLC 器件的最佳制備條件為單體濃度2%、液晶盒厚度30 μm、紫外吸收染料濃度0.8%。制備得到的PSCLC 器件可在低壓條件下實(shí)現(xiàn)帶隙展寬，同時(shí)在撤離電場(chǎng)后迅速恢復(fù)其初始電光特性，呈現(xiàn)出可逆的動(dòng)態(tài)帶隙展寬過(guò)程，圖12 為該P(yáng)SCLC 器件反射帶的響應(yīng)過(guò)程。

圖12 PSCLC 器件的可逆動(dòng)態(tài)帶隙展寬過(guò)程Fig.12 Reversible dynamic bandgap broadening process of PSCLC devices

由圖12 可知，對(duì)PSCLC 器件施加7.5 V 的直流電壓后，反射帶隙以較快速度在3 s 內(nèi)拓寬到272.10 nm，之后保持在此帶隙處不再發(fā)生變動(dòng)；隨后撤離外加電壓，帶隙在2.5 s 內(nèi)又迅速恢復(fù)至初始狀態(tài)，至此PSCLC 器件完成了全部的可逆動(dòng)態(tài)帶隙展寬過(guò)程?？偠灾揚(yáng)SCLC器件具有響應(yīng)能力強(qiáng)、開(kāi)關(guān)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，為其實(shí)際應(yīng)用提供了良好條件。

4 結(jié)論

本文通過(guò)向聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶體系中添加紫外吸收染料制備了具有聚合物網(wǎng)絡(luò)梯度分布的PSCLC，該液晶器件可在較低的直流電場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)帶隙展寬。本文對(duì)PSCLC 帶隙展寬影響因素進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明反射帶隙的拓寬效果會(huì)受到聚合物單體濃度、液晶盒厚度以及染料含量的影響。當(dāng)單體濃度為2%、液晶盒厚度為30 μm、紫外吸收染料為0.8% 時(shí)制備的PSCLC 反射帶隙展寬效果最佳，所需驅(qū)動(dòng)電壓最低，其中Vmin低至0.5 V，Vmax低至7.5 V。移除電壓后PSCLC 系統(tǒng)立即恢復(fù)其原始光學(xué)特性，呈現(xiàn)出可逆的動(dòng)態(tài)帶隙展寬。由以上條件制備的電調(diào)諧帶隙展寬PSCLC 器件具有響應(yīng)速度快、展寬效果好、功耗低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使其具有良好的應(yīng)用前景。