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全息复合材料,液晶/纳米粒子复合材料

2022-04-19

  全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料是通过全息光聚合诱导相分离原理制备的具有周期性有序结构的三元复合材料,它是在全息高分子/液晶复合材料的基础上发展起来的。一方面,全息高分子液晶复合材料同时具有衍射特性和电光响应特性,但光学性能和电光响应性能的同步提升还存在诸多挑战。另一方面,全息高分子纳米粒子复合材料具有折射率调制度高、光散射损失低、尺寸稳定性好、衍射效率对光的偏振方向不敏感等优点,但缺乏电光响应特性。因此,全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料有望综合全息高分子/液晶复合材料和全息高分子纳米粒子复合材料的优点,通过调控纳米粒子的空间分布,获得更加丰富的功能和更优的材料性能。例如,分布在富高分子相中的导电纳米粒子有利于降低驱动电压,提高复合材料的电光响应性能6;分布在富液晶相中的高折射率纳米粒子有利于降低光散射损失,提升复合材料的光学性能。

  本章重点介绍全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料的成型原理、组成、分类与发展展望。

  全息高分子/液晶/纳米粒子复合材的成型原理

  与全息高分子/液晶复合材料的成型原理相同,全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料也是基于全息光聚合诱导相分离原理而制备的。将含光引发剂、单体、液晶和纳米粒子的分散液置于相干激光下曝光时,相干亮区中的光引发剂吸收光子、引发单体聚合而形成富高分子相,同时诱导液晶扩散至相干暗区形成富液晶相。由于光聚合反应消耗单体,在相干亮区与相干暗区之间产生了化学势差,促使相干暗区的单体向相干亮区扩散并参与相干亮区的光聚合反应。在单体和液晶的反向扩散过程中,纳米粒子也会选择性地定向扩散,扩散方向受其拓扑结构、尺寸和表面基团等因素的影响。

  纳米粒子的分布显著影响全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料的性能,这也为调控、优化复合材料的性能提供了有效途径。不同基团的二氧化硅纳米粒子(SiO2)、硫化锌纳米粒子(ZnS)和多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)在全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料中的典型分布情况。当纳米粒子表面含有可发生光聚合反应的基团时,纳米粒子与单体一样向相干亮区扩散,最终主要分布在富高分子相;当纳米粒子表面不含反应性基团时,纳米粒子既可能分布于富高分子相,也可能分布于富液晶相,主要取决于纳米粒子与高分子基体、液晶之间的相容性。同时,纳米粒子的尺寸也会影响其空间分布。由于液晶小分子的尺寸通常在0.5~2m之间,如果纳米粒子的尺寸较大,则难以与液晶一起扩散,有很大概率会留在富高分子相。通过电子显微镜直接观察,或采用能量色散X射线光谱(EDX)分析,或通过电光性能表征,可以直接或间接地确定纳米粒子在全息高分子/液晶/纳米粒子复合材料中的空间分布情况。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。