基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构和制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构和制备方法，所述光学结构包括周期性设置的半互穿聚合物网络层和胆甾相液晶层，所述半互穿聚合物网络层由液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络互穿形成，所述胆甾相液晶层包括液晶弹性体和胆甾相液晶。本发明专利技术的光学结构对非偏振光具有较好的反射性能，在光学领域具有较好的应用前景。

Optical structure and preparation method of cholesteric liquid crystal polymer semi-interpenetrating network

【技术实现步骤摘要】
基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构和制备方法
本专利技术涉及光学结构领域，尤其是涉及一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构和制备方法。
技术介绍
颜色是日常生活中的重要元素，在美学、信号指示、吸引注意、区分对象等领域具有不可取代的作用。颜色产生的原因大致分为两类，一种是通过染料分子或颜料颗粒对特定波长的吸收，另一种则是利用与可见光波长相近的规则纳米结构。这类纳米结构被称为光子晶体(photoniccrystal，PC)，常见的包括一维、二维、三维光子晶体。这些纳米结构的不同部分通常具有不同的折光指数(RI)，可见光射入光子晶体后因布拉格衍射而形成相长干涉，因而对特定波长形成选择性并最终获得相应的颜色。常见的一维光子晶体结构如图1所示，也被称为布拉格反射器(DBR)，由具有不同折射率(n1和n2)的材料周期性调制形成，该光子晶体能够反射特定波长的光。当DBR结构由足够多层具有一定折光指数差异的材料组成时，理论上可以100％反射入射的光线，而且不论入射光具有何种偏振性。当需要时，DBR结构也可以通过采用具有各向异性的层状材料，来实现对于入射偏振光的选择性。胆甾型液晶(CLC)是一种常见的自组装结构，液晶分子通常为棒状，而棒状分子的长轴和短轴分别具有不同的折光指数(非寻常折光指数ne，寻常折光指数no)。在CLC中，液晶分子形成螺旋状的排列，因而展现出ne和no方向性的规律变化。正因为这种规则结构，CLC具备反射特定波长入射光的能力，因而常被认为是一种一维光子晶体。CLC的波长选择性由其螺距决定，而且因为螺旋结构的手性决定了CLC只能反射与其手性一致的圆偏振光，对于非偏振光的反射效率最高只能达到50％。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构和制备方法，所述光学结构能够实现对非偏振光超过50％的反射效率，突破了胆甾相一维光学晶体结构的理论上限。本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术提供一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，包括周期性设置的半互穿聚合物网络层和胆甾相液晶层，所述半互穿聚合物网络层由液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络互穿形成，所述胆甾相液晶层包括液晶弹性体和胆甾相液晶。优选地，所述胆甾相液晶聚合物网络由包括手性液晶单体、光引发剂和表面活性剂的原料经光聚合形成，所述光引发剂具有圆二色性。在光照前，液晶弹性体能够与配方中的其它组分混溶形成均相，光照后，液晶弹性体与形成的胆甾相液晶聚合物网络分相，最终形成了具有多层结构的光学结构。上述液晶弹性体可以为主链型液晶弹性体，也可以为侧链型液晶弹性体。使用的液晶弹性体为现有的液晶弹性体或者利用现有的液晶弹性体合成方法进行合成，譬如涉及到聚甲基氢硅氧烷主链与含有烯烃官能团的液晶基元在Karstedt催化剂作用下进行的硅氢化反应。优选所述液晶弹性体为侧链型液晶弹性体。在一些优选的实施例中，所述侧链型液晶弹性体的主链为聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种，主要是因为这些主链都较易获得及制备。在一些优选的实施例中，所述侧链型液晶弹性体的侧链含有双联苯、三联苯、偶氮苯、氧化偶氮苯、对苯甲酸苯酯、苄叉苯胺、苯亚甲基氨基联苯、苯亚甲基氨基菲中的至少一种，这些侧链都是常见的液晶基元机构，都较易获得及制备。在进一步优选的实施例中，所述侧链型液晶弹性体同时含有上述优选的主链和侧链。本专利技术还提供一种上述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构的制备方法，包括以下步骤：S1、取液晶弹性体、手性液晶单体、光引发剂和表面活性剂混合得到液晶混合物，所述光引发剂具有圆二色性，将所述液晶混合物涂覆在基板上形成液晶混合物涂层；S2、施加线偏振光照射所述液晶混合物涂层；S3、施加非偏振光继续照射所述液晶混合物涂层。上述液晶混合物能够形成连续的胆甾相液晶结构，其中使用的光引发剂具有圆二色性，可以对线偏振光实现不同方向上不同程度的吸收，并且在液晶混合物涂层中同样呈现胆甾相分布。当对液晶混合物涂层施加线偏振光时，可以实现光引发剂周期性的激发，在被激发区域引起手性液晶单体聚合形成胆甾相液晶聚合物网络，与液晶弹性体一同构成了半互穿聚合物网络，而手性液晶单体使得形成的结构仍具有胆甾相。在光引发剂未被激发的区域，液晶弹性体与手性液晶单体所形成的胆甾相液晶结构被保存下来。所述制备方法最终导致分层周期性结构的形成，每层结构的折光指数周期性交替，最终获得特定的分层光学结构，从而实现调光特性。使用的基板可以为柔性或者刚性。优选地，所述液晶混合物包括70～80质量份的液晶弹性体、10～25质量份的手性液晶单体、0.5～3质量份的光引发剂和0.5～3质量份的表面活性剂。表面活性剂的作用是帮助液晶混合物涂层在制备过程中形成并保持特定的液晶基元取向，在一些实施例中所述表面活性剂为全氟表面活性剂。优选地，步骤S2中在所述线偏振光和所述液晶混合物涂层之间放置有掩模板。利用掩模板能够使得透过该掩模板的线偏振光照射在液晶混合物涂层上，从而在特定区域内形成上述分层光学结构。上述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构或根据上述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构的制备方法制得的光学结构主要应用在需要用到光反射的领域，具体如红外反射器件、安全保护涂层等方面。本专利技术还提供一种图案化薄膜，所述图案化薄膜的图案化区域包括上述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构。本专利技术还提供一种光学反射器，包括上述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构。优选地，所述光学反射器为布拉格反射器或红外反射器件。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络分布呈现周期性变化，导致该具有多层结构的光学结构呈现折光指数的周期性变化，实现了对非偏振光超过50％的反射效率，突破了胆甾相一维光子晶体结构的理论上限，在需要光反射的领域中具有较好的应用前景。现有技术中光子晶体结构可以通过自上而下或自下而上两种方式制备，自伤而下的方法如全息成像，需要将材料从本体中去除进而获得最终的规整结构，该方法相当复杂并且由于高成本而不能大面积实施。自下而上的方法包括层层组装或自组装，该方法限制了制备得到的光学结构的复杂性，从而也限制了它的反射特性。本专利技术采用对含有具有圆二色性的光引发剂的液晶混合物涂层依次进行线性偏振光和非偏振光照射的方式处理，制备方法简单且制备得到的光学结构对非偏振光具有较好的反射性能。附图说明图1为常见的一维光子晶体结构的示意图；图2为实施例1中基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构的形成示意图；图3为实施例2中的图案化薄膜在不同光照射下的实物图；图4为效果实施例1中分层CLC和不分层CLC在不同光线下的透射光谱图。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供一种分层的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，通过以下步骤制得：S1、称取77质量份的液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，其特征在于，包括周期性设置的半互穿聚合物网络层和胆甾相液晶层，所述半互穿聚合物网络层由液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络互穿形成，所述胆甾相液晶层包括液晶弹性体和胆甾相液晶。

【技术特征摘要】
1.一种基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，其特征在于，包括周期性设置的半互穿聚合物网络层和胆甾相液晶层，所述半互穿聚合物网络层由液晶弹性体和胆甾相液晶聚合物网络互穿形成，所述胆甾相液晶层包括液晶弹性体和胆甾相液晶。2.根据权利要求1所述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，其特征在于，所述胆甾相液晶聚合物网络由包括手性液晶单体、光引发剂和表面活性剂的原料经光聚合形成，所述光引发剂具有圆二色性。3.根据权利要求1或2所述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，其特征在于，所述液晶弹性体为侧链型液晶弹性体。4.根据权利要求3所述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，其特征在于，所述侧链型液晶弹性体的主链为聚硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯中的一种。5.根据权利要求3所述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构，其特征在于，所述侧链型液晶弹性体的侧链含有双联苯、三联苯、偶氮苯、氧化偶氮苯、对苯甲酸苯酯、苄叉苯胺、苯亚甲基氨基联苯、苯亚甲基氨基菲中的至少一种。6.权利要求1-5任一项所述的基于胆甾相液晶聚合物半互穿网络的光学结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取液晶弹性体、手性液晶单体、光引发剂和表面活性剂混合得到液晶混...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥古斯丁·卡尔，迪克·杨·波尔，阿尔伯特·斯凯宁，周国富，
申请(专利权)人：深圳市国华光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44