一种全反射红外反射器件及其制备方法与流程

本发明涉及建筑家具生活领域，特别是一种基于电响应的全反射红外反射器件及其制备方法。

背景技术：

建筑的内部环境和人的健康有着非常密切的关系，尤其是建筑内部温度对人有着非常大的影响，于是人们利用空调、暖气等设备来调节建筑内部的温度，使其在一个合适的范围。但是这些设备的使用会增加二氧化碳的排放量，并且会对环境产生非常不利的影响。

于是建筑外壳技术开始发挥重大的作用，无机涂料等大量创新方法得到应用。但阳光中的红外线可以透过窗户进入室内，影响室内环境温度。

于是人们开始关注窗户的设计，希望其能控制对太阳光的透过和反射，来达到人们想要的舒适的室内环境。人们尝试使用百叶窗、液晶玻璃、镀膜玻璃等，但这些措施无法在调节对红外线的同时又不影响可见光的透过。人们发现基于聚合物网络稳定胆甾相液晶的红外反射片可以调节红外线的透过和反射，同时又不影响可见光。通过电压调节红外反射片，使其在低温时透过红外线，高温时反射红外线。该红外反射片可以调节建筑内部温度，可在一定程度上代替空调等温度调节设备的作用，解决了镀膜玻璃的局限性，有利于减少二氧化碳的排放，有利于保护环境，同时可以在汽车玻璃方面得到应用。

太阳光中的红外线分为左旋偏振光和右旋偏振光，胆甾相液晶的螺旋结构也分为左旋和右旋，螺旋结构左旋的胆甾相液晶只能反射左旋偏振光，螺旋结构右旋的胆甾相液晶只能反射右旋偏振光，所以只含有一种螺旋结构的胆甾相液晶的红外反射片只能反射一种偏振光，无法做到对左旋偏振光和右旋偏振光的全反射。限制了红外反射片的应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的全反射红外反射器件及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种全反射红外反射器件，包括相对设置的两块透光导电基板，两块所述透光导电基板封装形成密封腔，在所述密封腔内，两块所述透光导电基板相对的表面上分别覆有能反射左旋偏振光的液晶层一和能反射右旋偏振光的液晶层二，所述液晶层一中包含聚合物网络和具有左旋螺旋结构的胆甾相液晶，所述液晶层二中包含聚合物网络和具有右旋螺旋结构的胆甾相液晶，所述聚合物网络能够捕获所述液晶层一或所述液晶层二中的杂质阳离子，在电场下，所述杂质阳离子运动带动所述聚合物网络移动，所述聚合物网络带动所述胆甾相液晶移动，使得所述胆甾相液晶的螺距发生改变。

在一些优选的实施方式中，两块所述透光导电基板相对的表面上均覆有平行配向层，所述液晶层一和所述液晶层二覆于所述平行配向层上。

在一些优选的实施方式中，所述密封腔内还设有用于控制所述密封腔高度的间隔子。

在一些优选的实施方式中，所述液晶层一和所述液晶层二的厚度为10-50μm。

本发明还提供了一种如上所述的全反射红外反射器件的制备方法，包括以下步骤：

制备或取两块透光导电基板；

在两块所述透光导电基板的一面上制备平行配向层；

配制液晶混合物一和液晶混合物二，所述液晶混合物一中含有负性液晶、液晶单体、左旋手性掺杂剂、光引发剂和阻聚剂，所述液晶混合物二中含有负性液晶、液晶单体、右旋手性掺杂剂、光引发剂和阻聚剂；

分别将所述液晶混合物一和所述液晶混合物二涂覆到两块所述透光导电基板的平行配向层上，紫外光照射所述液晶混合物一和所述液晶混合物二，所述液晶单体发生聚合，形成聚合物网络；

清洗两块所述透光导电基板，去除所述左旋手性掺杂剂、所述右旋手性掺杂剂、所述光引发剂、所述阻聚剂、所述负性液晶和未发生聚合的所述单体，干燥；

将两块所述透光导电基板覆有所述聚合物网络的一面相对设置，并将其封装形成液晶盒；

向所述液晶盒内填充负性液晶。

在一些优选的实施方式中，将所述液晶混合物一和所述液晶混合物二涂覆到两块所述透光导电基板的平行配向层上是采用刮涂、棒涂中的任一种工艺。

在一些优选的实施方式中，涂覆到两块所述透光导电基板的平行配向层上的所述液晶混合物一和所述液晶混合物二的厚度为10-50μm。

在一些优选的实施方式中，所述干燥的温度为70-90℃。

在一些优选的实施方式中，清洗两块所述透光导电基板是采用正己烷、正庚烷中的至少一种溶剂进行清洗。

在一些优选的实施方式中，将两块所述透光导电基板覆有所述聚合物网络的一面相对设置后还包括在两块所述透光导电基板之间设置间隔子的步骤。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种全反射红外反射器件及其制备方法，该器件包括相对设置的两块透光导电基板，两块所述透光导电基板封装形成密封腔，在密封腔内，两块透光导电基板相对的表面上分别覆有能反射左旋偏振光的液晶层一和能反射右旋偏振光的液晶层二，液晶层一中包含聚合物网络和具有左旋螺旋结构的胆甾相液晶，液晶层二中包含聚合物网络和具有右旋螺旋结构的胆甾相液晶，具有左旋螺旋结构的胆甾相液晶可用反射左旋偏振光，具有右旋螺旋结构的胆甾相液晶可以反射右旋偏振光，所以该器件能够对一定波段内左旋偏振光和右旋偏振光实现全反射，所述聚合物网络能够捕获所述液晶层一或所述液晶层二中的杂质阳离子，只要在透光导电基板上施加电压，即可将液晶层一和液晶层二置于电场下，杂质阳离子在电场下会向与电源负极相连的透光导电基板运动，杂质阳离子运动带动所述聚合物网络移动，所述聚合物网络带动所述胆甾相液晶移动，使得所述胆甾相液晶的螺距发生改变。在通电状态下，密封腔中中，聚合物网络因捕获阳离子向负极运动，所述胆甾相液晶分散在所述聚合物网络中，所述胆甾相液晶在聚合物网络的带动下，向负极运动，使得靠近与电源负极相连的透光导电基板的液晶螺距减小，靠近与电源正极相连的透光导电基板的液晶螺距增大，总体在密封腔内形成具有一定螺距梯度的螺旋结构。根据以下公式：其中λ为单一螺距的胆甾相液晶反射波长，为液晶的平均双折射，p为螺旋结构的螺距；公式可计算得出的值，公式(2)中ne是寻常折射率，no是非寻常折射率；公式δλ＝(ne-no)×p＝δn×p(3),其中δn是双折射率之差，δλ是反射光谱带宽。由上述公式可知，当p值变成一个梯度范围时，液晶层所反射的波长以及反射的频宽也会随之变大，从而使得红外反射带宽增宽。此外还可以通过调节施加于透光导电基板上的电压、调节混合液晶材料中的各组分比例，使得混合液晶材料的螺距改变，从而调节红外反射薄膜的反射波段，以适应光反射和透射的需求。

综上所述，本发明提供了一种红外反射器件，既能够实现某一波段的红外全反射，又能够实现反射波段调节。

附图说明

图1为全反射红外反射器件的截面图。

图2为未通电状态下全反射红外反射器件的局部截面图。

图3为通电状态下全反射红外反射器件的局部截面图。

具体实施方式

实施例1：

根据下述步骤制备全反射红外反射器件：

首先制备两块透光导电基板，每块所述透光导电基板均包括基板和导电层；在两块所述透光导电基板的一面上制备平行配向层；

在黄光条件下，按照负性液晶：液晶单体：左旋手性掺杂剂：光引发剂：阻聚剂的质量比为81.2:12.6:5:1:0.2的比例，称取各材料至棕色瓶中，其中，负性液晶选用德国默克公司的mlc-2079，液晶单体选用飞利浦研究实验室的ethyleneglycoltwindiacrylate，左旋手性掺杂剂选用德国默克公司的s811，光引发剂选用tci公司的irgacure-651，阻聚剂选用对羟基苯甲醚，混合均匀，得到液晶混合物一；

在黄光条件下，按照负性液晶：液晶单体：右旋手性掺杂剂：光引发剂：阻聚剂的质量比为81.2:12.6:5:1:0.2的比例，称取各材料至棕色瓶中，其中，负性液晶选用德国默克公司的mlc-2079，液晶单体选用飞利浦研究实验室的ethyleneglycoltwindiacrylate，右旋手性掺杂剂选用德国默克公司的r811，光引发剂选用tci公司的irgacure-651，阻聚剂选用对羟基苯甲醚，混合均匀，得到液晶混合物二；

将所述液晶混合物一和所述液晶混合物二加热至70℃，然后分别将所述液晶混合物一和所述液晶混合物二涂覆到两块所述透光导电基板的平行配向层上，涂覆工艺为刮涂、棒涂中的任一种工艺，涂覆层的厚度为10-50μm，涂覆完成后，降温至室温，保温30min，使液晶分子取向；然后紫外光照射所述液晶混合物一和所述液晶混合物二，所述液晶单体发生聚合，形成聚合物网络，选用的液晶单体带有能够捕获阳离子的酯基，所以形成的聚合物网络也带有酯基，也能够捕获阳离子；

采用正己烷、正庚烷中的至少一种溶剂清洗两块所述透光导电基板，去除所述左旋手性掺杂剂、所述右旋手性掺杂剂、所述光引发剂、所述阻聚剂、所述负性液晶和未发生聚合的所述单体，放入烘箱中70-90℃干燥两小时，去除溶剂；

将两块所述透光导电基板覆有所述聚合物网络的一面相对设置，在两块所述透光导电基板之间设置间隔子，用于支撑器件的厚度，然后利用紫外胶紫外固化将两块所述透光导电基板封装形成液晶盒；

向所述液晶盒内填充负性液晶，负性液晶选用德国默克公司的mlc-2079，由于两块透光导电基板上覆有的聚合物网络是分别在左旋掺杂剂和右旋掺杂剂的作用下形成的，所以向液晶盒中填充负性液晶，负性液晶分散于聚合物网络中，在聚合物网络和平行配向层的共同作用下，分别在两块透光导电基板表面形成一个具有左旋螺旋结构的胆甾相液晶和一个具有右旋螺旋结构的胆甾相液晶。

制备得到的全反射红外反射器件的截面图如图1所示，该全反射红外反射器件，包括相对设置的两块透光导电基板，每块所述透光导电基板均包括基板1和导电层2，两块所述透光导电基板相对的表面上即导电层2上均覆有平行配向层3，两块所述透光导电基板封装形成密封腔4，在所述密封腔4内，两块所述透光导电基板相对的表面上分别覆有能反射左旋偏振光的液晶层一5和能反射右旋偏振光的液晶层二6，所述液晶层一5和所述液晶层二6覆于所述平行配向层3上。所述液晶层一5和所述液晶层二6的厚度为10-50μm。所述密封腔4内还设有用于控制所述密封腔4高度的间隔子12。

参照图2，图2为未通电状态下全反射红外反射器件的局部截面图，所述液晶层一5中包含聚合物网络7和具有左旋螺旋结构的胆甾相液晶8，所述液晶层二6中包含聚合物网络9和具有右旋螺旋结构的胆甾相液晶10。具有左旋螺旋结构的胆甾相液晶8可用反射左旋偏振光，具有右旋螺旋结构的胆甾相液晶10可以反射右旋偏振光，所以该器件能够对一定波段内左旋偏振光和右旋偏振光实现全反射。所述聚合物网络7和9能够捕获所述液晶层一5或所述液晶层二6中的杂质阳离子11。

参照图3，图3为通电状态下全反射红外反射器件的局部截面图，所述聚合物网络7和9能够捕获所述液晶层一5或所述液晶层二6中的杂质阳离子，只要在透光导电基板上施加电压，即可将液晶层一5和液晶层二6置于电场下，杂质阳离子11在电场下会向与电源负极相连的透光导电基板运动，杂质阳离子11运动带动所述聚合物网络移动，所述聚合物网络7和9带动所述胆甾相液晶8和10移动，使得所述胆甾相液晶8和10的螺距发生改变。在通电状态下，密封腔中中，聚合物网络7和9因捕获阳离子11向负极运动，所述胆甾相液晶8和10分散在所述聚合物网络7和9中，所述胆甾相液晶8和10在聚合物网络7和9的带动下，向负极运动，使得靠近与电源负极相连的透光导电基板的液晶螺距减小，靠近与电源正极相连的透光导电基板的液晶螺距增大，总体在密封腔内形成具有一定螺距梯度的螺旋结构。根据以下公式：其中λ为单一螺距的胆甾相液晶反射波长，为液晶的平均双折射，p为螺旋结构的螺距；公式可计算得出的值，公式(2)中ne是寻常折射率，no是非寻常折射率；公式δλ＝(ne-no)×p＝δn×p(3),其中δn是双折射率之差，δλ是反射光谱带宽。由上述公式可知，当p值变成一个梯度范围时，液晶层所反射的波长以及反射的频宽也会随之变大，从而使得红外反射带宽增宽。此外还可以通过调节施加于透光导电基板上的电压、调节混合液晶材料中的各组分比例，使得混合液晶材料的螺距改变，从而调节红外反射薄膜的反射波段，以适应光反射和透射的需求。综上所述，本发明提供了一种红外反射器件，既能够实现某一波段的红外全反射，又能够实现反射波段调节。