一种胆甾相液晶聚合物薄膜及其制备方法和应用

本发明属于光纤传感领域，涉及一种胆甾相液晶聚合物薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在工业、农业生产以及日常生活中，常常需要湿度的监测及控制。比如：在农业生产中，温室大棚的使用变得越来越普遍，已经成为现代农业的重要组成部分。农业生产方式也逐步由传统的粗放经营模式向现代集约型经营模式转变。科学技术的进步使得温室大棚的结构档次在逐步的提高，不同农作物的种植以及生长时所需要的环境条件各有不同，精准实时地掌握湿度的大小及其变化情况并加以调控，能够有效的促进农作物的增产增收，农作物成熟后的保存也与湿度的大小息息相关。因此建设一种智能的农业大棚湿度控制系统，不仅能提高温室大棚内作物产量和质量，降低生产成本，还能减轻工作人员劳动强度的农业大棚湿度控制系统，是广大温室作物生产人员的迫切需求。大棚湿度控制系统可以被应用到温室花卉种植、温室药材种植、温室菌菇种植等对湿度要求较为严苛的作物种植中，极大的提高了现代设施农业的精细化水平和智能化程度，推动了现代农业向着智能化的方向前进。人们通常使用湿度计来测量大棚内的湿度，通过人工加湿、通风等方法来控制大棚内的湿度，这种方法不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。因此如何能够准确地监测环境湿度并实时湿度反馈调节是进一步提高湿度传感器实用性的关键技术问题。

2、目前，市场上常见的湿度传感器有干湿球湿度计、红外湿度计、露点湿度计和电子湿度计等。干湿球湿度计其干球置于空气中，而湿球由亲水性较好的纱布包裹，由于湿球与干球间水蒸气的蒸发速度有所不同，引起其温度计示数的不同，通过此温度差推算出湿度的大小，其易受温度的影响，其刻度值随着温度的浮动而变化。红外湿度计利用水蒸气在特定波长处吸收辐射的光强会有所变化来测量湿度。在辐射源发射两种波长的辐射，一种波长辐射可由水汽强烈吸收，另一种波长辐射则不为水汽所吸收或很少吸收，根据这两个波长的辐射强度的比值可推算出空气湿度，适用于监测高温或密封场所的环境湿度。普通露点湿度计一般是由光学镜面、放大器和电源组成。当空气连续通过光学镜面时，用人工制冷的方法使镜面温度降低，于是空气中的水气在镜面上凝结，刚发生凝结时，由镜面反射的光强急剧减弱，测量此瞬间凝结面的温度便可推算出相应的湿度，其存在镜面对制作工艺的要求较高缺点。电子湿度计通过将一些特殊材料包裹在电子元件上，湿度变化引起该材料物理性能的变化，进而改变电子元件的电流或电压，最后通过电路转换为湿度的变化数值，其存在寿命短和长期稳定性差的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种胆甾相液晶聚合物薄膜及其制备方法和应用，采用胆甾相液晶聚合物膜实现湿度实时传感，并可用过单片机控制实现反馈调控环境湿度，具有结构简单、响应速度快、成本低廉等特点。

2、为解决上述技术问题，本发明的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、将液晶单体、光引发剂、手性剂、交联剂氢键分子触发剂混合后放入烘箱中加热；

4、步骤2、将加热后的混合物均匀涂抹在经取向后的、固定在加热台上的玻璃基板上，然后盖上相同的玻璃基板并固定，然后进行紫外固化；

5、步骤3、将固化后的液晶膜浸泡在有机溶剂中，然后取出挥发多余的有机溶剂；

6、步骤4、将液晶膜浸泡在碱性溶液中，然后取出干燥，得到胆甾相聚合物薄膜。

7、进一步的，所述液晶单体为rm105，所述光引发剂为ig819，所述手性剂为lc756，所述交联剂为c6m，所述氢键分子触发剂为4oba和6oba。

8、进一步的，rm105、ig819、lc756、c6m、4oba和6oba的质量比为38:0.6:a:13:21.9:21.9，其中通过调节lc756的质量a使得当环境湿度达到设定的上边界时制备的薄膜变为红色，当环境湿度达到设定的下边界时制备的薄膜变为蓝色。

9、进一步的，步骤1中烘箱加热至140℃，然后恒温10分钟。

10、进一步的，在步骤1操作后再在80℃的条件下利用超声仪器进行超声处理使混合物均匀混合。

11、进一步的，步骤3所述有机溶剂为四氢呋喃。

12、进一步的，步骤4所述碱性溶液为1摩尔每升的koh溶液。

13、本发明还包括一种胆甾相液晶聚合物薄膜，由上述任意一种制备方法制备得到。

14、本发明还包括上述胆甾相液晶聚合物薄膜的应用，上述任意一种胆甾相液晶聚合物薄膜用于环境湿度检测。

15、本发明还包括上述胆甾相液晶聚合物薄膜的应用，具体应用方法如下：

16、蓝光光源和红光光源分别照射胆甾相液晶聚合物薄膜，所述胆甾相液晶聚合物薄膜满足当环境湿度达到设定的上边界时变为红色，当环境湿度达到设定的下边界时变为蓝色；

17、当环境湿度达到设定的上边界时，红光波段光电探测器探测到胆甾相液晶聚合物薄膜反射的红光并传输至单片机，单片机控制加湿控制器及报警控制器进行报警；

18、当环境湿度达到设定的下边界时，蓝光波段光电探测器探测到胆甾相液晶聚合物薄膜反射的蓝光并传输至单片机，单片机控制加湿控制器及报警控制器进行加湿。

19、本发明的有益效果：

20、本发明提出了一种可测湿度的胆甾相液晶聚合物薄膜及其制备方法，并提出了用于实时监测与调控周围环境湿度系统的应用。该胆甾相液晶聚合物膜是通过氢键分子触发剂4-(6-(丙烯酰氧基)己氧基)苯甲酸(6oba)与4-(4-(丙烯酰氧基)丁氧基)苯甲酸(4oba)的h键作用形成聚合物网格，当氢键经过碱性处理后，便会形成吸湿性聚合物。基于胆甾相液晶具有反射单一旋性的圆偏振光特性，由于湿度变化会引起聚合物网格的膨胀或压缩，进而改变胆甾相液晶的螺距，从而调节胆甾相液晶的反射带，即聚合物膜的颜色会发生变化。聚合物薄膜的不同颜色代表了周围环境的不同湿度，以此来采集周围环境的湿度数据。反馈调节系统的实现是根据聚合物膜层的颜色变化范围相应定义环境相对湿度的上、下边界。通过调节手性剂浓度，当环境湿度达到上边界时膜层显示红色，当环境湿度达到下边界时膜层显示蓝色。当环境相对湿度达到上边界时，由于胆甾相液晶的反射作用，使得红光被反射至探测器上，停止加湿。当环境湿度达到下边界时，由于胆甾相液晶的反射作用，使得蓝光被反射至探测器上，开始加湿。本发明基于胆甾相液晶光学性质进行设计，可直观的观察到周围环境湿度的同时，又可实时反馈调节周围环境的湿度，在避免了传统检测中存在问题的同时，兼顾了制作简单、成本低、可读性好和可反馈调节、响应速度快、体积小等特点，是能够提供更为准确、快速的新型湿度调控传感装置。

技术特征：

1.一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于：所述液晶单体为rm105，所述光引发剂为ig819，所述手性剂为lc756，所述交联剂为c6m，所述氢键分子触发剂为4oba和6oba。

3.根据权利要求2所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于：rm105、ig819、lc756、c6m、4oba和6oba的质量比为38:0.6:a:13:21.9:21.9，其中通过调节lc756的质量a使得当环境湿度达到设定的上边界时制备的薄膜变为红色，当环境湿度达到设定的下边界时制备的薄膜变为蓝色。

4.根据权利要求1所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于：步骤1中烘箱加热至140℃，然后恒温10分钟。

5.根据权利要求1所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于：在步骤1操作后再在80℃的条件下利用超声仪器进行超声处理使混合物均匀混合。

6.根据权利要求1所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于：步骤3所述有机溶剂为四氢呋喃。

7.根据权利要求1所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜制备方法，其特征在于：步骤4所述碱性溶液为1摩尔每升的koh溶液。

8.一种胆甾相液晶聚合物薄膜，其特征在于：由权利要求1至7任意一种制备方法制备得到。

9.一种胆甾相液晶聚合物薄膜的应用，其特征在于：权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到的胆甾相液晶聚合物薄膜或者权利要求8所述胆甾相液晶聚合物薄膜用于环境湿度检测。

10.根据权利要求9所述的一种胆甾相液晶聚合物薄膜的应用，其特征在于，具体应用方法如下：

技术总结
本发明公开了一种胆甾相液晶聚合物薄膜及其制备方法和应用，步骤1、将液晶单体、光引发剂、手性剂、交联剂氢键分子触发剂混合后放入烘箱中加热；步骤2、将加热后的混合物均匀涂抹在经取向后的、固定在加热台上的玻璃基板上，然后盖上相同的玻璃基板并固定，然后进行紫外固化；步骤3、将固化后的液晶膜浸泡在有机溶剂中，然后取出挥发多余的有机溶剂；步骤4、将液晶膜浸泡在碱性溶液中，然后取出干燥，得到胆甾相聚合物薄膜。本发明可直观的观察到周围环境湿度，又可实时反馈调节周围环境的湿度，兼顾了制作简单、成本低、可读性好和可反馈调节、响应速度快、体积小等特点。

技术研发人员：刘永军,兰泽庆,张鑫玉,周冬
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14