基于纤维素衍生物的液晶、液晶透镜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了基于基于纤维素衍生物的液晶、液晶透镜及其制备方法，所述纤维素衍生物的液晶由溶质和溶剂组成，所述溶质为乙基纤维素，所述溶剂与所述溶质在一个三维的汉森空间内，其中所述汉森空间的中心由被称为汉森溶解度参数的三个坐标确定，D＝20.1，P＝6.9，H＝5.9，所述汉森空间为围绕中心的半径为9.9个单位的空间球。所述液晶具有溶致型胆甾相液晶的特性，且具有较好的介电各向异性、透光率等，适合应用于制作光电器件，如应用于液晶透镜制作等。等。等。

【技术实现步骤摘要】
基于纤维素衍生物的液晶、液晶透镜及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种基于纤维素衍生物的液晶、液晶透镜及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，纤维素材料因其具有的特性而受到广泛关注。纤维素纳米晶(Cellulose Nanocrystals，CNCs)是具有高结构规律性的可再生聚合物，一般来自植物、海洋生物藻类和细菌。纤维素聚合物可以通过多种方法，例如除颤、酶水解、2,2,6,6
‑
四甲基哌啶
‑1‑
氧基自由基(2,2,6,6
‑
Tetramethylpiperidine
‑1‑
Oxyl，TEMPO)氧化、二羧酸水解生产出不同的一大系列纤维素衍生物，例如羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose，CMC)、乙基纤维素(Ethyl Cellulose，EC)和氰乙基纤维素(Cyanoethyl Cellulose，CEC)等，其中EC和CEC都是白色粉末，不溶于水溶液，但溶于一些有机溶剂。乙基纤维素，分子式为(C
12
H
22
O5)n，是一种长链聚合物，以β
‑
脱水葡萄糖为单元，通过缩醛连接，是最广泛使用的纤维素衍生物之一。氰乙基纤维素是一种可溶性有机纤维素醚，分子式为C
36
H
46
N8O
11
。氰乙基纤维素的性质与其取代度有关，部分氰乙基化纤维素具有良好的耐热性、机械性、抗菌性和高水分回收率。经处理后有望用作抗菌材料、吸附材料、还原剂和稳定剂，也可用于制备多孔材料。
[0003]纤维素及其衍生物如乙基纤维素(Ethyl Cellulose，EC)属于一类液晶高分子材料，一般可溶于有机和无机溶剂，如氧化胺、LiOH/二甲基乙酰胺、离子液体、NaOH/尿素等。纤维素及其衍生物由于其较强的分子间和分子内氢键，在大多数情况下形成胆甾相溶致液晶，只有少数易熔融纤维素衍生物可以形成热致液晶。对于溶致型液晶，当聚合物超过一定浓度时，溶液会形成液晶相，此时的浓度为临界浓度C1。继续增加溶液浓度后，溶液超过一个浓度时将不再有液晶，此时的浓度为临界浓度C2。随着浓度的变化，溶液的结构从完全无序的结构转变为分子在一定程度上有序的结构，因此溶液折射率也会发生变化，且溶液的折射率与浓度和温度相关，例如EC/乙酸体系的折射率随浓度的增加呈线性增加，在47.2wt％和35.0 wt％乙酸和间甲酚中出现双折射。
[0004]纤维素及其衍生物溶液的流动方式与粘性液体相似，但可以显示出晶体的各向异性等物理性质，可用于纳米光子学和光学领域的新应用。
[0005]乙基纤维素具有出色的光、热稳定性，化学稳定性亦为纤维素衍生物中较优异者。研究表明，乙基纤维素可溶于一些有机形成溶致型胆甾相液晶，由于其半刚性分子链的存在，能形成高度有序的液晶相，应用于液晶显示器、光学器件等领域。
[0006]综上，目前，纤维素及其衍生物的液晶性质已经在固体薄膜等方面得到广泛研究和应用，然而在对其在液态状态下的应用仍然相对较少。特别是在新型3D显示领域，目前变焦液晶透镜的材料多为向列相液晶，并采用圆孔电极和菲涅尔圆环电极等，原理是通过电场调控其焦距，达到变焦的效果。胆甾相液晶由于其螺旋结构所引起的光学特性——选择性反射、圆二色性和旋光性，可以应用于VR(Virtual Reality Display，VR)和AR(Augmented Reality Display，AR)器件中。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种基于纤维素衍生物的液晶，其在液态下可用于显示领域，应用于液晶透镜等光电器件内。
[0008]本专利技术的一方面，提供了一种基于纤维素衍生物的液晶，所述液晶由溶质和溶剂组成，所述溶质为乙基纤维素，所述溶剂与所述溶质在一个三维的汉森空间内，其中所述汉森空间的中心由被称为汉森溶解度参数的三个坐标确定，D＝20.1，P＝6.9，H＝5.9；所述汉森空间为围绕中心的半径为9.9个单位的空间球。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述溶剂为DCA溶液，或离子液体[BMIM]CL/DCA复合溶液。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述复合溶液中，[BMIM]CL与所述复合溶液的质量比为0.1
‑
0.3，溶解性能更好。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述液晶中，乙基纤维素与溶剂的质量比为0.4
‑
0.6。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述溶剂为DCA，所述乙基纤维与所述DCA的质量比为0.4、0.45、0.5或0.6。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，在厚度为40μm时，所述液晶的光透射率≥80％，更适应于应用于光电显示领域。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，在厚度为40μm时，所述液晶的折射率为1.45
‑
1.52，消光系数为0.03
‑
0.08。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，在厚度为40μm时，所述液晶的介电各向异性的差值Δε为≥3，介电各向异性差值Δε主导了液晶分子在电场中的运动，Δε越大，液晶器件的阈值电压越低，更适合应用于制作光电器件。
[0016]本专利技术的另一方面，还提供了一种上述的基于纤维素衍生物的液晶的制备方法，所述溶质与溶剂，在50℃下加热搅拌4小时，搅拌完成后在室温下放置7天。
[0017]本专利技术的另一方面，还提供了一种液晶透镜，所述透镜填充有本专利技术实施例的基于纤维素衍生物的液晶。
[0018]本专利技术通过汉森溶解度参数限定溶质和溶剂，建立了液态状态下的基于纤维素衍生物的液晶体系，所述液晶具有较好的介电各向异性、透光率等，适合应用于制作光电器件，如应用于液晶透镜制作。
附图说明
[0019]图1为乙基纤维素在表3几种溶剂中溶解情况的3D图，
[0020]图2为乙基纤维素在表4几种溶剂中溶解情况的3D图，
[0021]图3为乙基纤维素在表5几种溶剂中溶解情况的3D图，
[0022]图4为液晶盒(平行取向)制作流程，
[0023]图5为胆甾相液晶盒结构图(垂直取向)，
[0024]图6为垂直取向液晶盒POM图，
[0025]图7为平行取向液晶盒POM图，
[0026]图8为不同光入射模式下质量比为0.6的乙基纤维/二氯乙酸液晶盒POM图，
[0027]图9为质量比为0.45的EC/DCA溶液所制成的液晶盒(平行取向)在不同条件下观察图，
[0028]图10为质量比为0.4的EC/DCA液晶盒的折射率和消光系数测试结果，
[0029]图11为平行取向的EC/DCA液晶盒电容和电压测试结果图，
[0030]图12为不同质量比EC/DCA平行取向液晶盒的电压和电容的关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于纤维素衍生物的液晶，其特征在于，所述液晶由溶质和溶剂组成，所述溶质为乙基纤维素，所述溶剂与所述溶质在一个三维的汉森空间内，其中所述汉森空间的中心由被称为汉森溶解度参数的三个坐标确定，D＝20.1，P＝6.9，H＝5.9；所述汉森空间为围绕中心的半径为9.9个单位的空间球。2.如权利要求1所述的基于纤维素衍生物的液晶，其特征在于，所述溶剂为DCA溶液，或离子液体[BMIM]CL/DCA复合溶液。3.如权利要求2所述的基于纤维素衍生物的液晶，其特征在于，所述复合溶液中，[BMIM]CL占整个复合溶液的质量比为0.1
‑
0.3。4.如权利要求2所述的基于纤维素衍生物的液晶，其特征在于，所述液晶中，乙基纤维素与溶剂的质量比为0.4
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0.6。5.如权利要求4所述的基于纤维素衍生物的液晶，其特征在于，所述溶剂为DCA，所述乙基纤维素与所述DCA的质量比为0.4、0.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐雪珠，蒙紫薇，周国富，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：