一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法，属于软物质材料技术领域。本发明专利技术将金属银纳米结构引入到稀土掺杂的小分子液晶中，将改性小分子液晶溶胀到陶瓷纤维‑二氧化硅/聚甲基丙烯酸酯聚合物中制备出一种光、热双控的液晶物理凝胶；金属纳米结构的存在促进了荧光物质的光分解，入射场强度增加，在合适的金属结构条件下，荧光分子辐射衰减速率提高，非辐射衰减的能量损耗降低，荧光物质的激发态寿命改变，从而使得发光效率提高；陶瓷纤维的添加，能充分提高液晶物理凝胶的抗剪切能力。

Preparation method of liquid crystal physical gel with dual control of light and heat

【技术实现步骤摘要】
一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法
本专利技术涉及一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法，属于软物质材料

技术介绍
众所周知，物质的状态分为三态：气态、液态和固态三种基本状态。物质的状态在适当条件下可以互相转变。随着人们对物质状态认识的深入，发现物质除了上述三态之外，还存在等离子态、非晶固态、液晶态、超导态、中子态等。普通的无机或有机物质受热后会直接从固态转变为液态，但是某些有机物融化时，并非直接转变为各向同性的液体，而是经过一种于固态与液态之间的“中间相态”。具有这种特殊相态的物质称为液晶。液晶材料从表观上看是失去固态物质应有的刚性，变成具有流动性的液体。但从分子结构上看则具有一维或二维的有序排列，因而在物理性质上呈现各向异性。液晶按相对分子质量大小可以分为液晶小分子和液晶聚合物，按来源可分为天然液晶和合成液晶，按液晶形成条件主要有溶致型液晶和热致型液晶等。根据液晶分子排列的形式和有序性不同，液晶最常见的三种不同的结构类型为：向列相液晶、近晶相液晶、胆甾相液晶。液晶具有光学的各向异性、长程有序的流动性、自组装性等多种特殊的物理和化学性质，使其可应用于形变记忆材料、光学显示材料、人工智能材料、光信息存储材料等。其中光致变色液晶材料便是将液晶化合物和光致变色分子结合，充分发挥两者的优良性能及相互间的协同作用，使其在光电子、分子开关、光信息存储等领域有着潜在的应用价值。光致变色顾名思义即是对光具有独特的响应性能。它是指某些化合物在一定波长的光或热作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。光致变色分子一般可分为无机和有机体系两大类，光致变色液晶中主要是将有机类光致变色分子通过结构设计引入至液晶单体中。液晶分子兼具晶体各向异性和液体流动性的特点使其无法具备固定的形状。在实际使用过程中，采取的解决方法是将液晶分子灌注到液晶盒中，或是采用聚合物分散液晶等方法以给予其力学支持。而实际上，近年来引起广泛研究热潮的方法是将三维网络引入液晶中，将其凝胶化成一种新型软固体功能材料-液晶凝胶。液晶凝胶相对于单纯的液晶体系具有更强的机械稳定性，同时保留并且提高了液晶的刺激响应性，使得液晶具备新型的光、电、磁等功能。根据形成网络的作用力的不同，可分为液晶化学凝胶和液晶物理凝胶。液晶物理凝胶通常由液晶和凝胶因子两部分组成。凝胶因子是一类在较低的浓度下能够使有机溶剂、水等凝胶化并形成粘弹状固体的小分子化合物。目前用于形成液晶物理凝胶的凝胶因子主要包括：有机小分子化合物、树枝状大分子、嵌段共聚物、聚合物微球和侧链聚合物等，其中，有机小分子凝胶因子的研究最为广泛。凝胶因子自组装的驱动力是非共价相互作用，主要包括分子间氢键、π-π堆积、范德华力、静电作用和疏水作用等。液晶物理凝胶的制备方法通常是将凝胶因子加热溶解在液晶中，再将所得溶液冷却至室温。或者将凝胶因子及液晶分子溶解在THF等溶剂中，然后在真空条件下除去溶剂。在冷却过程中，分子出现三种聚集状态：高度有序的聚集形成晶体：随机聚集形成无定形沉淀物或聚集程度介于两者之间形成凝胶。一般认为，分子自组装形成凝胶网络经历了从微观到宏观尺度的三个识别层次：一维结构是分子水平上的识别，促成了凝胶因子一维或二维的各向异性聚集；二维结构是聚集体的形态，如胶束、囊泡、纤维、管或片等，直接受分子结构的影响；三级结构涉及到单个聚集体相互作用形成网络结构，并最终决定是否可以通过表面张力和毛细作用将溶剂分子束缚在网络中形成凝胶，否则纤维将从溶液中析出。液晶物理凝胶是一类新型的软物质材料，体系中凝胶网络的存在会导致液晶分子取向重排，并且增加其机械稳定性同时保留其刺激响应性能。如此便赋予了体系新型的光电、光化学以及电性能，使其可应用于光散射显示、光栅、半导体材料等领域。液晶物理凝胶由于兼具凝胶的热可逆性及液晶的各向异性而备受关注。其形成的微相分离结构，诱导或提高了液晶的光电、光化学以及电性能。将功能性基团引入凝胶因子可使得液晶物理凝胶进一步功能化。但是液晶物理凝胶的模量往往不高，因而造成耐电压性低和抗剪切能力差，无法达到自支撑的要求，在很大程度上限制了其实际应用。虽然目前所发表的文献中也有有关对低电压响应的液晶物理凝胶体系的报道，但这往往需要通过调节凝胶因子的分子结构或与其他凝胶因子、嵌段共聚物、无机纳米粒子等协同作用来实现。针对以上问题，制备出具有热稳定性良好、凝胶强度强，并且可应用于光、热双控的光散射显示屏液晶物理凝胶显得至为关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对液晶物理凝胶的模量往往不高，因而造成耐电压性低和抗剪切能力差，无法达到自支撑的要求的问题，提供了一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：（1）取质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮、质量分数为5%硼氢化钠溶液、去离子水，将质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮和去离子水混合，在搅拌速度为500～600r/min下搅拌10～15min，即得反应液，在反应液中加入质量分数为5%硼氢化钠溶液，继续搅拌20～30min，即得胶体溶液；将胶体溶液进行照射处理，即得预处理溶液，将预处理溶液离心分离，即得反应物；（2）将氧化铕和质量分数为10%盐酸混合，水浴加热，即得反应物A，将反应物A和无水乙醇混合，搅拌处理，即得混合液，按质量比1∶10在混合液中加入噻吩甲酰三氟丙酮，继续搅拌20～30min，并调节pH值，即得复合溶液，将复合溶液静置10～12h后抽滤，即得沉淀，分别用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀3～5次后，并置于温度为70～80℃的烘箱中干燥至恒重，即得稀土材料；（3）将反应物、稀土材料和小分子液晶混合，水浴加热后，冷却，即得液晶溶剂；（4）取液晶溶剂、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、陶瓷纤维、偶氮二异丁腈，将液晶溶剂、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、陶瓷纤维和偶氮二异丁腈混合，水浴加热处理，冷却至室温，即得光、热双控的液晶物理凝胶。步骤（1）所述的质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮、质量分数为5%硼氢化钠溶液、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取4～8份质量分数为10%硝酸银溶液、12～18份质量分数为5%TSC水溶液、1～3份聚吡咯烷酮、1～3份质量分数为5%硼氢化钠溶液、100～150份去离子水。步骤（1）所述的照射处理步骤为：将胶体溶液在40W卤素灯下照射48h。步骤（1）所述的离心分离步骤为：将预处理溶液在转速为5000～6000r/min下离心分离30～40min。步骤（2）所述的水浴加热步骤为：按质量比1∶10将氧化铕和质量分数为10%盐酸混合，在温度为60～70℃下水浴加热2～3h。步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：按质量比1∶14将反应物A和无水乙醇混合，在搅拌速度为300～400r/min下搅拌5～10min。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：/n（1）取质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮、质量分数为5%硼氢化钠溶液、去离子水，将质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮和去离子水混合，在搅拌速度为500～600r/min下搅拌10～15min，即得反应液，在反应液中加入质量分数为5%硼氢化钠溶液，继续搅拌20～30min，即得胶体溶液；将胶体溶液进行照射处理，即得预处理溶液，将预处理溶液离心分离，即得反应物；/n（2）将氧化铕和质量分数为10%盐酸混合，水浴加热，即得反应物A，将反应物A和无水乙醇混合，搅拌处理，即得混合液，按质量比1∶10在混合液中加入噻吩甲酰三氟丙酮，继续搅拌20～30min，并调节pH值，即得复合溶液，将复合溶液静置10～12h后抽滤，即得沉淀，分别用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀3～5次后，并置于温度为70～80℃的烘箱中干燥至恒重，即得稀土材料；/n（3）将反应物、稀土材料和小分子液晶混合，水浴加热后，冷却，即得液晶溶剂；/n（4）取液晶溶剂、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、陶瓷纤维、偶氮二异丁腈，将液晶溶剂、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、陶瓷纤维和偶氮二异丁腈混合，水浴加热处理，冷却至室温，即得光、热双控的液晶物理凝胶。/n...

【技术特征摘要】
1.一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）取质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮、质量分数为5%硼氢化钠溶液、去离子水，将质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮和去离子水混合，在搅拌速度为500～600r/min下搅拌10～15min，即得反应液，在反应液中加入质量分数为5%硼氢化钠溶液，继续搅拌20～30min，即得胶体溶液；将胶体溶液进行照射处理，即得预处理溶液，将预处理溶液离心分离，即得反应物；
（2）将氧化铕和质量分数为10%盐酸混合，水浴加热，即得反应物A，将反应物A和无水乙醇混合，搅拌处理，即得混合液，按质量比1∶10在混合液中加入噻吩甲酰三氟丙酮，继续搅拌20～30min，并调节pH值，即得复合溶液，将复合溶液静置10～12h后抽滤，即得沉淀，分别用无水乙醇和去离子水洗涤沉淀3～5次后，并置于温度为70～80℃的烘箱中干燥至恒重，即得稀土材料；
（3）将反应物、稀土材料和小分子液晶混合，水浴加热后，冷却，即得液晶溶剂；
（4）取液晶溶剂、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、陶瓷纤维、偶氮二异丁腈，将液晶溶剂、甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅、陶瓷纤维和偶氮二异丁腈混合，水浴加热处理，冷却至室温，即得光、热双控的液晶物理凝胶。


2.根据权利要求1所述的一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的质量分数为10%硝酸银溶液、质量分数为5%TSC水溶液、聚吡咯烷酮、质量分数为5%硼氢化钠溶液、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取4～8份质量分数为10%硝酸银溶液、12～18份质量分数为5%TSC水溶液、1～3份聚吡咯烷酮、1～3份质量分数为5%硼氢化钠溶液、100～150份去离子水。


3.根据权利要求1所述的一种光、热双控的液晶物理凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的照射处理步骤为：将胶体溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，
申请(专利权)人：杨洋，
类型：发明
国别省市：湖南;43