高分子分散蓝相液晶/纳米粒子显示材料的制备与电光性能研究

In this project, the method to design the molecular structures of the compounds easy to form the blue phases (BPs) will be studied and a series of the compounds will be synthsized. Then, the relationships between the temperature ranges and the electro-optical properties of the BPs of the liquid crystal (LC) materials prepared by mixing the compounds and the molecular structures together with the compositions of the compounds will be investigated to obtain a BP-LC material with a wide temperature range at a room temperature. Then, a series of nanoparticles (NPs) will be prepared to obtain BP-LC/NPs composites, and the effects of the NPs with different types, sizes, morphologies and surface-modification methods on the electro-optical properties of the BP-LC will be explored. At last, polymer dispersed BP-LC/NPs materials will be prepared by using some photopolymerizable monomers with suitable molecular structures, and the synergistic effects of the NPs with different types, sizes, morphologies and surface-modification methods, the molecular structures and the micro structures of the polymer matrix, and the physical parameters of the BP-LC on the electro-optical properties of the materials will be explored. Based on the above researches, the molecular design and the preparation methods of novel BP-LC material systems will be developed, to provide experimental foundation and theoretical guidance for preparing an applied BP-LC display material with a wide room temperature range, a low driving voltage, free hysteresis and high stability under an electric field.

本项目将首先从单体液晶的分子结构设计入手，合成系列有利于稳定液晶蓝相的单体液晶，然后将这些单体液晶进行共混来获得液晶材料，研究液晶材料的蓝相温域和蓝相的电光性能与单体液晶的分子结构及其组成的关系,制备宽温域的室温蓝相液晶材料。其次，制备一系列纳米粒子，调制蓝相液晶/纳米粒子混合物，研究纳米粒子种类、含量、粒径和形貌对蓝相液晶的电光性能的影响规律。最后，采用具有合适的分子结构的光聚合单体，使用上述纳米掺杂液晶材料，构筑高分子分散蓝相液晶/纳米粒子材料体系，研究纳米粒子的种类、粒径、形貌、含量及表面修饰方法、高分子基体分子结构、微结构、蓝相液晶的物性等参数对材料的电光性能的协同作用。在上述研究的基础上，本项目将探索新型蓝相液晶材料体系的分子设计与制备方法，为发展兼具宽温域、低驱动电压、无电光迟滞特性及高电场稳定性的实用蓝相液晶显示材料提供理论和实验指导。

蓝相由于其独特的自组装三维周期性结构和选择性光反射特性被认为是最具发展潜力的有机三维光子晶体材料之一，在光电子领域上具有不可估量的潜在应用价值。然而，蓝相温域范围较窄的问题是其实际应用道路上最大的阻碍之一；此外，其外场响应性能的相关研究工作开展时间较短，亟待广泛和深入的研究探索。本项目发展了5类新型宽温域蓝相液晶复合材料体系（超宽温域蓝相液晶复合材料体系、光响应蓝相液晶复合材料体系、频率响应蓝相液晶复合材料体系、聚合物稳定蓝相液晶材料体系、电场响应聚合物稳定蓝相液晶复合材料体系等），详细研究了材料的分子结构与组成等与其电光性能的影响规律，提出其拓宽蓝相温域的机理，为制备兼具超宽蓝相温域、高电场稳定、光/可调谐蓝相液晶复合材料开辟了一条有效的途径。在世界上首次构筑了聚合物分散和聚合物稳定液晶共存网络，为成功构筑较为复杂的高分子（高分子基体+高分子网络）分散蓝相液晶/纳米粒子显示材料复合体系奠定了基础。项目立项以来，发表高水平SCI期刊论文57篇；申请中国发明专利67项，其中获授权专利18项；荣获国家技术发明二等奖一项，教育部自然科学一等奖和技术发明一等奖各一项。