本發(fā)明屬于智能調(diào)光材料，具體涉及基于高比表面積多孔碳摻雜界面改造的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、液晶調(diào)光技術(shù)憑借其動(dòng)態(tài)調(diào)控透光特性的優(yōu)勢(shì)，在智能窗、顯示設(shè)備等領(lǐng)域備受關(guān)注。傳統(tǒng)聚合物分散液晶(pdlc)調(diào)光膜通過(guò)外加電場(chǎng)改變液晶分子取向?qū)崿F(xiàn)透光率調(diào)節(jié)，但需持續(xù)施加電壓以維持透明狀態(tài)，長(zhǎng)期運(yùn)行能耗較高，尤其在規(guī)?；瘧?yīng)用中存在顯著能源浪費(fèi)。近年來(lái)，基于雙穩(wěn)態(tài)液晶(如膽甾相體系)的技術(shù)通過(guò)記憶效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了斷電狀態(tài)保持，但其制備過(guò)程使用原料成本昂貴且工藝復(fù)雜，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受到制約。此外，現(xiàn)有雙穩(wěn)態(tài)器件的響應(yīng)效率低，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，已不能較好滿(mǎn)足行業(yè)發(fā)展的更高需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，提供了基于高比表面積多孔碳摻雜界面改造的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜及其制備方法和應(yīng)用。
2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
3、本發(fā)明的目的之一是提供基于高比表面積多孔碳摻雜界面改造的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜，該雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜包括：聚合物基體、分散于聚合物基體中的液晶微滴、摻雜于聚合物基體中的離子-碳復(fù)合添加劑和間隔子；離子-碳復(fù)合添加劑由多孔碳材料經(jīng)酸化處理、預(yù)吸附離子液體得到。
4、進(jìn)一步限定，聚合物基體為紫外固化膠；離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽衍生物。
5、進(jìn)一步限定，離子液體為解離后能增強(qiáng)液晶微滴極化電場(chǎng)且與液晶相容性好的離子添加劑。
6、進(jìn)一步限定，分散于聚合物基體中的液晶微滴粒徑為3-5μm；多孔碳材料比表面積≥1000m2/g，孔徑4-12nm，粒徑200-500nm。
7、更進(jìn)一步限定，多孔碳材料比表面積為1800m2/g。
8、進(jìn)一步限定，離子液體摻雜量為聚合物基體、液晶微滴和離子-碳復(fù)合添加劑三者之和的0.1-1wt％。
9、進(jìn)一步限定，多孔碳材料酸化處理所用液體為濃硫酸，處理時(shí)間1-3h。
10、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述基于高比表面積多孔碳摻雜界面改造的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜的制備方法，該方法包括：裂解生物質(zhì)制備多孔碳材料，將多孔碳材料經(jīng)酸化、球磨后與離子液體混合，得到離子液體-碳復(fù)合添加劑，將離子液體-碳復(fù)合添加劑分散至預(yù)聚物中，并通過(guò)相分離法形成微滴，隨后在紫外光輻照下固化，形成pdlc膜。
11、進(jìn)一步限定，球磨至多孔碳材料粒徑為200-500nm。
12、進(jìn)一步限定，離子液體與多孔碳材料質(zhì)量比為1：0.1-1：1。
13、進(jìn)一步限定，預(yù)聚物包括聚合物基體與和液晶。
14、更進(jìn)一步限定，液晶用量為預(yù)聚物的50wt％，聚合物基體用量為預(yù)聚物的50wt％，離子-碳復(fù)合添加劑摻雜量為預(yù)聚物質(zhì)量的3wt％。
15、進(jìn)一步限定，紫外光輻照波長(zhǎng)為365nm，功率密度為10mw/cm2，固化10min。
16、進(jìn)一步限定，pdlc膜厚度為10-40μm。
17、本發(fā)明的目的之三是提供一種上述基于高比表面積多孔碳摻雜界面改造的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜的應(yīng)用，具體的該雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜用于智能窗、可調(diào)光隔斷、動(dòng)態(tài)顯示等領(lǐng)域。
18、本發(fā)明的有益效果為：
19、本發(fā)明通過(guò)引入高比表面積多孔碳材料對(duì)液晶-聚合物界面進(jìn)行改造，結(jié)合多孔碳材料的離子吸附-脫附機(jī)制，實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜制備低能耗、低成本且具有雙穩(wěn)態(tài)調(diào)光功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明還有以下優(yōu)點(diǎn)：
20、(1)本發(fā)明將高比表面積(≥1500m2/g)多孔碳材料摻進(jìn)聚合物基體中，該多孔碳材料孔徑以中孔(2-50nm)為主，粒徑為50-500nm，能保證多孔碳材料高效吸附自由離子并形成穩(wěn)定極化電場(chǎng)；此外，本發(fā)明中多孔碳材料表面經(jīng)酸化處理，增強(qiáng)表面官能團(tuán)(如羧基、羥基)的離子吸附能力。
21、(2)本發(fā)明將多孔碳材料與離子液體按質(zhì)量比1：0.1-1：1混合，使離子液體均勻吸附于多孔碳材料孔道內(nèi)，再分散至聚合物基體中，進(jìn)而將離子液體引入聚合物基體中，離子液體與液晶相容性≥5wt％，優(yōu)化了離子遷移率≥10-4cm2/(v·s)。
22、(3)本發(fā)明的pdlc調(diào)光膜具有雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)機(jī)制。透明態(tài)維持：當(dāng)向pdlc調(diào)光膜施加正向直流電場(chǎng)(50v，0.1-1s)時(shí)，離子遷移至多孔碳材料孔道內(nèi)形成極化電場(chǎng)，撤去外場(chǎng)后極化電場(chǎng)持續(xù)驅(qū)動(dòng)液晶分子有序排列、統(tǒng)一取向，極化電場(chǎng)維持時(shí)間＞8h(即衰減時(shí)間>8h)；散射態(tài)切換：施加反向電場(chǎng)(-50v，0.5-2s)時(shí)，離子從碳孔道脫附，極化電場(chǎng)消失，液晶分子恢復(fù)無(wú)序散射，其中極化電場(chǎng)的儲(chǔ)存是依靠液晶-聚合物界面改造實(shí)現(xiàn)的。
23、(4)本發(fā)明通過(guò)雙穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)機(jī)制與復(fù)合摻雜設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了零能耗維持，pdlc調(diào)光膜狀態(tài)切換后無(wú)需持續(xù)供電，綜合能耗降低≥60％；且基于離子遷移與脫附的動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制，本發(fā)明pdlc調(diào)光膜透光態(tài)切換時(shí)間為0.5-1.5s，散射態(tài)恢復(fù)時(shí)間為1.0-2.0s，滿(mǎn)足高頻調(diào)光場(chǎng)景需求。此外，相較于傳統(tǒng)膽甾相雙穩(wěn)態(tài)技術(shù)，無(wú)需使用特殊手性摻雜劑等昂貴原材料，材料成本較膽甾相雙穩(wěn)態(tài)技術(shù)降低40％以上。
1.一種基于高比表面積多孔碳摻雜界面改造的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜，其特征在于，該雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜包括：聚合物基體、分散于聚合物基體中的液晶微滴、摻雜于聚合物基體中的離子-碳復(fù)合添加劑和間隔子；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜，其特征在于，聚合物基體為紫外固化膠；離子液體為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽衍生物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜，其特征在于，離子液體為解離后能增強(qiáng)液晶微滴極化電場(chǎng)且與液晶相容性好的離子添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜，其特征在于，分散于聚合物基體中的液晶微滴粒徑為3-5μm；多孔碳材料比表面積≥1000m2/g，孔徑4-12nm，粒徑200-500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜，其特征在于，離子液體摻雜量為聚合物基體、液晶微滴和離子-碳復(fù)合添加劑三者之和的0.1-1wt％；多孔碳材料酸化處理所用液體為濃硫酸，處理時(shí)間1-3h。
6.權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜的制備方法，其特征在于，該方法包括：裂解生物質(zhì)制備多孔碳材料，將多孔碳材料經(jīng)酸化、球磨后與離子液體混合，得到離子液體-碳復(fù)合添加劑，將離子液體-碳復(fù)合添加劑分散至預(yù)聚物中，并通過(guò)相分離法形成微滴，隨后在紫外光輻照下固化，形成pdlc膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，球磨至多孔碳材料粒徑為200-500nm；離子液體與多孔碳材料質(zhì)量比為1：0.1～1：1；預(yù)聚物包括液晶和聚合物基體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，紫外光輻照波長(zhǎng)為365nm，功率密度為10mw/cm2，固化10min；pdlc膜厚度為10-40μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，液晶用量為預(yù)聚物的50wt％，聚合物基體用量為預(yù)聚物的50wt％，離子-碳復(fù)合添加劑摻雜量為預(yù)聚物的3wt％。
10.一種權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜的應(yīng)用，其特征在于，雙穩(wěn)態(tài)pdlc調(diào)光膜用于智能窗、可調(diào)光隔斷、動(dòng)態(tài)顯示領(lǐng)域。