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[硕士论文] 朱东萍
化学工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:液晶应用范围很广,涉及显示、相位调制、光开关等领域。由于它兼有液体的流动性和晶体的各向异性,在光电子学发展中起着重要作用。然而,传统向列相液晶电光器件响应时间通常在毫秒甚至秒级别,因此制约了液晶电光器件的发展。液晶蓝相(Blue Phase,BP)态存在于向列相和各向同性相之间,温度区间较窄(约1~2℃),通常呈现蓝色故叫做蓝相。蓝相液晶有以下优点:(1)响应时间为亚毫秒级;(2)不需要彩色滤光片和定向层;(3)视角大,对盒厚不敏感,易于制作大显示屏。然而,蓝相液晶也存在许多问题,最主要的问题是温度范围较窄和驱动电压过高。为了提高蓝相液晶的光电性质,设计出各项参数良好的蓝相液晶器件,本文的主要研究内容如下:
  1、采用不同的液晶主体BP-001,BP-002,BP-003,BP-004及不同聚合物单体丙烯酸十二烷基酯(C12A),4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯(RM257),三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)进行探索,寻求出现蓝相温域较宽的液晶配方并调配聚合物单体组成进行聚合拓宽蓝相温域,得到聚合物稳定的蓝相液晶。通过设计实验、制备液晶盒并进行电光性质的测试,发现BP-003主体的温度范围可以拓宽至30℃以上,但整体温度处于较低的温度区间。BP-004主体蓝相织构较好,温度上限达80℃,温度范围在90℃以上,达到了液晶显示的行业标准。
  2、采用不同的无机纳米材料稳定蓝相液晶并测试了其光电性质。首先钛酸钡纳米材料被加入到液晶体系中,对蓝相液晶掺杂纳米粒子进行了初步探索。由于对纳米材料进行表面修饰可以提高其在有机溶剂的分散性,然后制备了油酸修饰的氟化镧纳米粒子。通过讨论不同浓度的氟化镧对蓝相液晶光电特性的影响,结果发现含有0.8wt.%,0.4wt.%,0wt.%氟化镧的液晶器件的驱动电压在室温下分别为55V,62V,92V,与掺杂前相比降低了40%。掺杂氟化镧纳米粒子的蓝相液晶温度范围得到极大拓宽,温域在90℃以上。最后,鉴于碳纳米管极强的导电性,推测掺杂碳纳米管会使聚合物网络的导电性增加,从而增强液晶体系中的有效电场,最终会使器件的驱动电压有所降低。通过实验设计调整液晶配方,研究发现含有0.8wt.%,0.3wt.%,0wt.%碳纳米管的蓝相液晶驱动电压在室温下分别为50V,67V,90V,与掺杂前相比降低了44%。实验说明无机纳米材料可以在液晶体系中起到稳定作用。这些研究成果对选择和开发各项参数优良的蓝相材料具有引导作用。
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