一种电致变色膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电致变色膜及其制备方法，所述电致变色膜是由多层复合材料组成，每层复合材料包括高分子网络、液晶分子和染料；所述液晶分子分散在所述高分子网络内部；所述高分子网络和所述液晶分子之间分散有染料，且不同复合材料层内的染料对不同波段的可见光具有吸收。本发明专利技术通过调节每层复合材料中高分子网络的结构使层与层之间液晶分子的驱动电压不同，所制备的电致变色膜在施加不同的电压时可呈现不同的颜色，具有稳定性高，变化颜色可调、多样等优点。

Electrochromic film and preparation method thereof

The invention discloses an electrochromic film and a preparation method thereof, wherein the electrochromic film is composed of multilayer composite material, each layer of composite materials, including polymer network liquid crystal molecules and dye; the liquid crystal molecules dispersed within the polymer network; disperse dye between the polymer network and the the liquid crystal molecules, the absorption and the composite layers with different dyes in different wavelengths of visible light. The present invention by modulating the structure of each layer in the composite polymer network makes the driving voltage between layers of liquid crystal molecules, the prepared electrochromic film under different voltage can exhibit different colors, with high stability, color change, various advantages such as adjustable.

【技术实现步骤摘要】
一种电致变色膜及其制备方法
本专利技术属于功能性液晶材料制备和应用
，尤其涉及一种电致变色薄膜及其制备方法。
技术介绍
电致变色，是指材料在施加电场时，对可见光的吸收或反射光谱发生变化的性质，具有电致变色特性的物质被称为电致变色材料。经过十几年的发展，电致变色材料得到了广泛的应用，不论是军工还是在日常生活中，都扮演者重要的角色。在军事领域中，现代战场中的变色术之一就是利用可逆变色材料，使被保护的目标表面的颜色随着背景的颜色不同而变色、与所处背景混成一体，从而达到视觉隐身的目的。例如，如果军队的营房的表面，覆盖一层电致变色薄膜材料，就可以根据需要任意改变其颜色，使其具有和周围环境同样的颜色。电致变色材料，在人们的日常生活中也具有广泛的用途，可以用于建筑、汽车和飞机的门窗等领域。人们可以根据需要改变门窗的颜色，调节门窗玻璃的透过率，达到节能目的；也可以作为液晶显示器宽窄视角转换膜和HDR光透过率调控膜等可控光学薄膜材料。目前国内外在电致变色材料的研究上，其研究热点主要集中在如下几类材料上：(1)无机金属氧化物，这类材料主要利用过渡金属氧化物在一定条件下其金属离子的价态发生转变而发生颜色的改变。其中，最具代表性的材料为WO3，其中的钨离子在高价态时呈无色，而在低价态是呈蓝色。但是这类材料难以实现多种颜色的转变，而且电色响应时间较长，同时在长时间使用后，会因离子电荷补偿离子在电致变色器件内的积累而使电色性能衰退。(2)有机电致变色材料，如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等。这类材料主要利用其价带和导带的能量差来进行变色，因此其颜色受到导电分子电子能带的限制而无法实现多种颜色的切换。而且这类材料同样难以实现薄膜化、大面积化的制备。总之，电致变色材料在军工和民用领域具有广泛的用途。但现有的电致变色材料，存在寿命短和变化颜色不能任意设定的缺点。这些缺点极大的制约了变色材料在我国国防建设和经济建设中所起到的作用。
技术实现思路
为了解决现有的电致变色材料寿命短和变化颜色不能任意设定等缺点，本专利技术提供了一种具有良好的稳定性和变化颜色可任意调控的新型电致变色薄膜材料及其制备方法。本专利技术提供的一种电致变色膜，由多层复合材料组成，每层复合材料包括高分子网络、液晶分子和染料；所述液晶分子分散在所述高分子网络内部；所述高分子网络和所述液晶分子之间分散有染料，且不同复合材料层内的染料对不同波段的可见光具有吸收。上述电致变色膜，制备每层复合材料的原料中液晶材料、可聚合单体(聚合成高分子网络)、染料的配比为：液晶材料：10.0～90.0重量份；可聚合单体：10.0～80.0重量份；染料：0.01～20.0重量份。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述可聚合单体可全部由非液晶性可聚合单体组成，或由液晶性可聚合单体和非液晶性可聚合单体共同组成。作为上述技术方案的一个较好的选择，根据所述可聚合单体的组成不同，薄膜的制备方法和液晶材料的选择也不同。若可聚合单体由液晶性可聚合单体和非液晶性可聚合单体共同组成，则每层复合材料在固化时需采用分步聚合的制备方法，液晶材料需选择胆甾相液晶材料；若可聚合单体全部由非液晶性可聚合单体组成，则每层复合材料在固化时可直接一步完成聚合，液晶材料选择向列相或胆甾相液晶材料均可。也就是说，所述复合材料中的一层或多层的所述高分子网络由液晶性可聚合单体和非液晶性可聚合单体共同聚合而成时，相应的液晶材料为胆甾相液晶材料；所述复合材料中的一层或多层的所述高分子网络由非液晶性可聚合单体聚合而成时，相应的液晶材料为向列相液晶材料和/或胆甾相液晶材料所述的分步聚合以及下文提及的紫外光分步聚合指的是将每层复合材料中的可聚合单体通过可控的方式实现聚合，其包括紫外光引发的预聚和紫外光及电场共同作用下的加电聚合，所述预聚是使得体系内10％～90％的非液晶性可聚合单体和0.1％～90％的液晶性可聚合单体实现聚合，从而形成具有一定粘度和具有网孔结构的初步的高分子网络，之后再通过紫外光和电场的共同作用下使网孔内聚合形成具有明显垂直取向的高分子网络。依据用途(如刚性和柔性以及产品特性的要求)，可以控制预聚的聚合度来实现对于分步聚合的控制。控制的方式可以选择延长或者缩短紫外光照的时间，如选择预聚的光照时间在10-600s之内，为了得到具有不同预聚程度的产品，可以选择的预聚紫外光照时间可以是10-30s，30-60s，60-120s，100-200s，200-400s，400-600s不等。控制预聚的紫外光照时间可以得到非液晶性可聚合单体聚合程度(单体反应比例)为10-20％，20-30％，30-50％，50-60％，60-70％，70-90％以及液晶性可聚合单体聚合程度(单体反应比例)为0.1-10％，10-20％，20-40％，40-60％，60-70％，70-90％的预聚产物。在本专利技术的实施例内使用了控制紫外光照时间的方式来控制分步聚合，但是本领域技术人员应当知晓，其他可以控制聚合进度的方法也可以应用于本专利技术的实施。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述每层复合材料中液晶分子的驱动电压不同。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述每层复合材料中液晶分子的驱动电压可通过控制高分子网络的网孔尺寸来进行调节。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述每层复合材料中高分子网络的网孔尺寸大小为1μm～100μm。所述网络的网孔孔径可以通过控制每层复合材料原料中可聚合单体的含量、聚合过程中的紫外光强度、光引发剂的含量等来进行调节。若可聚合单体由液晶性可聚合单体和非液晶性可聚合单体组成，则在高分子网络的网孔内部还会形成垂直取向的网络，作为基础常识在控制了孔径后，依照本专利技术方法制备得到的垂直取向的高分子网络也会进行改变。对于所述的网孔大小，可以选择不同的范围值，如1-10，10-20，20-40，40-60，60-80，80-100微米不等，受制于网孔直径，相应的垂直取向的高分子网络尺寸也会相应变为更小的尺寸。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述液晶材料可选择向列相液晶材料或由向列相液晶材料和手性化合物组成的胆甾相液晶材料。所述的向列相液晶材料可选择但不限于以下一些市场在售液晶材料，如永生华清液晶材料有限公司的SLC-1717、SLC-7011、TEB30A等，德国默克液晶材料公司的E7、E44、E48、ZLI-1275等。本领域的技术人员还可通过自行混配得到相应的向列相液晶材料所述的手性化合物包括但不仅限于下面分子中的一种或几种，如胆甾醇壬酸酯、CB15、C15、S811、R811、S1011、R1011等.作为上述技术方案的一个较好的选择，所述在每一层内的染料对不同波段的可见光具有吸收。作为上述技术方案的一个较好的选择，所述可聚合单体为紫外光可聚合单体，可全部由非液晶性紫外光可聚合单体组成，或由非液晶性紫外光可聚合单体和液晶性紫外光可聚合单体共同组成。其中非液晶性紫外光可聚合单体可选择但不仅限于下面中的一种或几种，如不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多烯硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯、乙烯基醚类等。液晶性紫外光可聚合单体亦可选择但不限于下面分子中的一种或几种，如：其中，m、n为4～8的整数，x、y为1或2，E、Q各自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电致变色膜，其特征在于，该电致变色膜是由多层复合材料组成，每层复合材料包括高分子网络、液晶分子和染料；所述液晶分子分散在所述高分子网络内部；所述高分子网络和所述液晶分子之间分散有染料，且不同复合材料层内的染料对不同波段的可见光具有吸收。

【技术特征摘要】
1.一种电致变色膜，其特征在于，该电致变色膜是由多层复合材料组成，每层复合材料包括高分子网络、液晶分子和染料；所述液晶分子分散在所述高分子网络内部；所述高分子网络和所述液晶分子之间分散有染料，且不同复合材料层内的染料对不同波段的可见光具有吸收。2.根据权利要求1所述电致变色膜，其特征在于，制备每层复合材料的原料中液晶材料、可聚合单体、染料的配比为：液晶材料：10.0～90.0重量份；可聚合单体：10.0～80.0重量份；染料：0.01～20.0重量份。3.根据权利要求2所述的电致变色膜，其特征在于，所述可聚合单体全部由非液晶性可聚合单体组成，或者由液晶性可聚合单体和非液晶性可聚合单体共同组成。4.根据权利要求3所述的电致变色膜，其特征在于，所述复合材料中的一层或多层的所述高分子网络由液晶性可聚合单体和非液晶性可聚合单体共同聚合而成，相应的液晶分子为胆甾相液晶材料；或者，所述复合材料中的一层或多层的所述高分子网络由非液晶性可聚合单体聚合而成，相应的液晶分子为向列相液晶材料和/或胆甾相液晶材料。5.根据权利要求4所述的电致变色膜，其特征在于，所述非液晶性可聚合单体为非液晶性紫外光可聚合单体，选自下列物质中的一种或多种：不饱和聚酯、环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、多烯硫醇体系、聚醚丙烯酸酯、水性丙烯酸酯和乙烯基醚类；所述液晶性可聚合单体为液晶性紫外光可聚合单体，选自下列物质中的一种或多种：其中，m、n为4～8的整数，x、y为1或2，E、Q各自独立为丙烯酸酯基、环氧基团、聚氨酯丙烯酸酯基或巯基。6.根据权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于，所述每层复合材料中液晶分子的驱动电压不同。7.根据权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于，每层复合材料中高分子网络的网孔尺寸大小为1μm～100μm。8.一种制备权利要求1～7任一所述电致变色膜的方法，包括以下步骤：1)将液晶材料、可聚合单体、染料R1和引发剂混合，得到均匀的涂料T1，其中所述可聚合单体为非液晶性紫外光可聚合单体；2)将涂料T1在导电薄膜上涂布均匀，形成涂层L1；3)在惰性气体保护的条件下利用紫外光照射涂层L1一段时间，得到变色层Y1；4)将液晶材料、可聚合单体、染料R2和引发剂混合，得到均匀的涂料T2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨槐，梁霄，郭姝萌，陈梅，张婉姝，张兰英，王孝，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11