一种可自适应光照强度的液晶智能窗及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种可自适应光照强度的液晶智能窗，包括第一基板、第二基板和液晶层；所述液晶层的材料包括主体液晶、手性掺杂剂和红外吸收材料；其中，所述主体液晶至少具有近晶相和向列相两种液晶相态。该液晶智能窗中的红外吸收材料收太阳光后，为主体液晶相变提供能量，使液晶智能窗自适应太阳光强度呈现透过态或散射态，透明度随太阳光强发生变化。这种随光强智能变化的液晶窗更节能环保，具有广泛的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可自适应光照强度的液晶智能窗及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及智能材料
更具体地，涉及一种可自适应光照强度的液晶智能窗及其制备方法。

技术介绍

[0002]液晶是介于固体和液体之间的一种物质状态，小分子的有机液晶材料由于同时具有液体的流动性特征以及光电性质的各向异性，而被广泛研究并用于光电领域。常见的无手性的棒状液晶分子在熔点之上通常具有近晶相、向列相、各项同性相等状态。
[0003]向列相的棒状分子易在外力的作用下保持一致的取向。当体系中的棒状液晶分子排列均匀一致时，液晶体系中光散射最小而宏观表现为透明状态；当在液晶分子中加入合适的手性掺杂剂或是液晶分子本身具有手性时，向列相的液晶会自组装成具有层状螺旋结构的胆甾相液晶，由于液晶分子取向在层与层之间连续变化，液晶的折射率也发生周期性变化，是一种典型的光子晶体材料，其光子带隙与手性掺杂剂在液晶体系中的作用效果有关，可反射特定波长。当液晶体系内的手性剂达一定量时，胆甾相液晶会呈现散射状态的焦锥态，而阻止光线透过。
[0004]通常，近晶相的棒状液晶分子排列有序时，宏观也可呈透明状态，且添加手性剂时不易改变其排列，而在向列相液晶中添加手性剂，则可使其转变为胆甾相，同时光学特征由透过状态转变为反射或散射状态。
[0005]在太阳光照辐射中，红外光是太阳发热的主要来源，若能很好的调节和利用这部分能量，对能源节约和利用具有重大意义。
[0006]因此，需要提供一种可自适应光照强度的液晶智能窗，可以利用太阳光实现光透过率的调节。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的在于提供一种可自适应光照强度的液晶智能窗，该液晶智能窗的透明度会随光照强度而变化，当光照较强时，透明度降低，光强降低后，透明度恢复。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种可自适应光照强度的液晶智能窗的制备方法。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0010]一种可自适应光照强度的液晶智能窗，其特征在于，包括第一基板、第二基板和液晶层；所述液晶层的材料包括主体液晶、手性掺杂剂和红外吸收材料；
[0011]其中，所述主体液晶至少具有近晶相和向列相两种液晶相态。
[0012]本专利技术提供的液晶智能窗的液晶层材料中的主体液晶至少具有近晶相和向列相两种液晶相态，在不同温度时，主体液晶呈现近晶相或向列相。主体液晶呈近晶相时，液晶分子排列有序，且手性掺杂剂无法改变其排列状态，智能窗呈透明状态；主体液晶呈向列相时，添加手性掺杂剂，可使其转变为胆甾相，呈现散射状态的焦锥态，阻止光线透过，智能窗透明度降低。近红外吸收材料可以吸收近红外波段的光，为主体液晶相变提供能量，使所述
液晶智能窗自适应太阳光强度呈现透过态或散射态。
[0013]本专利技术中红外吸收材料吸收太阳光后，引起液晶层材料温度的升高，达到相态转变温度后，液晶晶相由近晶相转变为焦锥态的胆甾相。当红外吸收材料能够提供的热量与液晶相变温度匹配时，液晶智能窗对光照强度的灵敏度较高，透明度的改变对光照的改变更灵敏。在本专利技术的一些优选实施例中，所述液晶层材料由近晶相转变为向列相的温度为26
‑
32℃。
[0014]手性掺杂剂的掺杂量会影响液晶的相变温度，进而影响液晶智能窗对光照的自适应性的敏感程度。在一些优选的实施例中，所述手性掺杂剂与主体液晶的重量比为1wt％～8wt％。。进一步优选地，所述手性掺杂剂与主体液晶的重量比包括但不限于2wt％～7wt％，3wt％～6wt％或4wt％～5wt％等。
[0015]液晶智能窗对于太阳光的自适应性可通过改变主体液晶种类，手性掺杂剂的含量以及红外吸收材料的掺入量进行调节。在一些优选的实施例中，所述红外吸收材料与主体液晶的重量比为0.5wt％～3.5wt。进一步优选地，所述红外吸收材料与主体液晶的重量比包括但不限于1wt％～3wt％，1.5wt％～2.5wt％，或2wt％等。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述主体液晶在20℃～50℃处呈液晶状态，当温度低于20℃时，主体液晶呈晶体态，温度高于50℃时，主体液晶会转变为液态。
[0017]在一些优选的实施例中，所述主体液晶包括但不限于由10CB、12CB、8OCB和8CB组成的混合液晶或8CB或5CB。
[0018]液晶8CB初始为垂直排列的近晶相，由于其光轴取向的一致性，其宏观表现为透过态，由于加入了手性掺杂剂，在体系温度升高达到近晶相和向列相的转变温度时，液晶分子会从垂直排列的近晶相转变为取向混乱的焦锥态胆甾相液晶，由于棒状液晶分子的光轴取向不一致，故而会对强烈散射入射光，阻止太阳光的透过。
[0019]在一些优选的实施例中，所述红外吸收材料的吸收波段为800
‑
1200nm。
[0020]更优选地，所述红外吸收材料可以为具有硼酸根阴离子的异丁基取代二亚铵(isobutyl
‑
substituted diimmonium with borate anion，IDI)，其结构式如下所示：
[0021][0022]具有红外吸收特性的光热转换材料IDI，是一种硼酸二铵盐，其对800
‑
1200nm波段的近红光有强烈的吸收特性，其吸收近红外波段产热可使整个液晶智能窗温度上升5
‑
8℃。同时，IDI对380nm附近的紫外光也具有较好的吸收，而在400
‑
800nm的可见光波段，其吸收较小，故而与液晶混合时，对液晶材料的透明度影响较小，且在50mW/cm2，380nm的紫外光照
射2h内，其吸收特性未有明显下降，具有良好的紫外耐受性，是一种性能优越的红外吸收材料。所述具有良好红外吸收特性的硼酸二铵盐IDI主要使用常温回流的方法制备，具体制备步骤为：
[0023]在双颈烧瓶中加入N，N，N
′
，N
′‑
四[4
‑
(二异丁基氨基)苯基]‑
1,4
‑
苯二胺(IPA)(1.0g，1.08mmol)和双硼酸锂(0.5g，2.58mmol)。然后，加入5.0g二氯甲烷和2.0g乙醇，回流2h，当溶液在2h后变为深绿色时，加入过硫酸钠(0.35g，1.47mmol)和8.0g水，回流2h。该反应通过加入大量的水和二氯甲烷终止，并用水洗涤几次，去除未反应的材料和杂质。将组合有机层进行真空蒸馏，制得黑色固体(1.1g，78.6％)。
[0024]在一些优选的实施例中，所述手性掺杂剂选自S811，S5011，R5011中的一种或多种。
[0025]其中R5011指的是
[0026][0027]S5011指的是
[0028][0029]S811指的是
[0030][0031]优选地，所述液晶层的厚度为4～20μm。
[0032]液晶层的厚度可以调控液晶智能窗对于光照的自适应性的敏感程度。本专利技术提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可自适应光照强度的液晶智能窗，其特征在于，包括第一基板、第二基板和液晶层；所述液晶层的材料包括主体液晶、手性掺杂剂和红外吸收材料；其中，所述主体液晶至少具有近晶相和向列相两种液晶相态。2.根据权利要求1所述的可自适应光照强度的液晶智能窗，其特征在于，所述主体液晶由近晶相转变为向列相的温度为26
‑
32℃。3.根据权利要求1所述的可自适应光照强度的液晶智能窗，其特征在于，所述手性掺杂剂与主体液晶的重量比为1wt％～8wt％；优选地，所述红外吸收材料与主体液晶的重量比为0.5wt％～3.5wt。4.根据权利要求1所述的可自适应光照强度的液晶智能窗，其特征在于，所述主体液晶在20℃～50℃处呈液晶状态；优选地，所述主体液晶选自由10CB、12CB、8OCB和8CB组成的混合液晶或8CB或5CB。5.根据权利要求1所述的可自适应光照强度的液晶智能窗，其特征在于，所述红外吸收材料的吸收波段为800
‑
1200nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京霞，高颖韬，孟维豪，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：