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诱导液晶排列的光控取向法是一种非接触式的理想取向方法,完全克服了摩擦取向法产生静电、沾污和摩擦沟痕的缺点,但由于光控取向膜的取向度不易控制,制备重复性不好,尤其是热稳定性差,一直未能实用化。分析其原因应该是,光控取向膜在制备时能够产生定向光聚合的光敏基团空间位阻大,光聚合程度低造成的。针对这一问题,本论文提出将光敏基团构建于有序的自组装多层膜的分子中,使光敏基团在薄膜中的位置有序可控,降低其定向光聚合的位阻,以获得取向度高,稳定性好的光控取向膜。
首先合成了含有肉桂酸光敏基团的PACPY6,与PSS交替沉积生成自组装多层膜。经线性偏振紫外光辐照后薄膜的二向色性值为0.042,高于非组装型光控取向膜的二向色性值0.01,说明定向光聚合度增加。这一分子组装型光控取向膜取向液晶后,对比度达110,已基本达到实用器件的要求;但排列热稳定性还不够高,为100℃,实用上要求达到130℃以上,分析其原因应该是组装膜层间的库仑力连接较弱造成的。
为提高分子组装型取向膜的热稳定性,将膜层间的库仑力连接设计为共价键连接。选用重氮树脂和带有肉桂酸光敏基团的PACSS交替沉积生成自组装多层膜,经365 nm紫外光辐照,膜层间阴阳离子的库仑力连接转变成共价键连接,薄膜热稳定性达到180℃,满足实用化的热稳定性要求。此薄膜光控取向后二向色性进一步提高到0.1,液晶的对比度提高到140。
上述分子组装型光控取向膜的预倾角很低,小于1°,而实用上要求达到2°以上,因此进行了提高预倾角的初步探索。利用双光敏基团的自组装多层膜PDDA/PCAzo,经倾斜偏振紫外光辐照后对比度保持在130,预倾角提高至2.3°。在分子中引入含氟基团,组装DR/PACSS-CF3多层膜,同样采用倾斜偏振紫外光辐照后,预倾角提高至2.5°,同时对比度达到145,使分子组装型光控取向膜具备了实用化的条件。
本论文是物理和化学工作融合的结晶,在一定程度上拓展和完善了液晶光控取向技术,为其走向实用化奠定了重要的基础。