[发明专利]一种液晶物理凝胶复合材料的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料合成领域，更具体地，涉及一种液晶物理凝胶复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

液晶在一维或二维远程有序的独特结构使其能在力、电或磁等外场作用下取向，可广泛应用于显示、光学与电光器件、生物检测等领域。流动性是赋予液晶对外场快速响应的重要特性之一，但该属性弱化了液晶的力学强度，限制了液晶器件的进一步发展。如何获得兼具快速刺激响应和高强度的液晶材料是拓展其应用领域的关键。

将液晶分散在基体中制得的液晶分散体兼具液晶的光学性能和刺激响应性及基体材料的强度和易加工的优势。液晶物理凝胶是一类新颖的刺激-响应、热可逆的液晶分散体，在大面积、超薄、柔性的光散射型电光显示、信息存储和高端防伪等领域有广阔的应用前景。然而，此类材料较低的强度导致其耐电压性低和抗剪切力弱，并最终影响实际应用。通过调节凝胶因子的化学结构，可提高液晶物理凝胶的储能模量和降低其驱动电压。如采用二(对甲基苄叉)山梨醇(MDBS)和二(3,4-二甲基苄叉)山梨醇(DMDBS)代替常用的亚苄基山梨醇(DBS)凝胶剂可提高5CB液晶的凝胶能力，当添加质量分数为1.5％的凝胶因子时，制得的物理凝胶的储能模量可达到10⁴Pa以上。但该模量仍然偏低，无法满足高端应用领域的需求。

发明内容

针对现有液晶材料及液晶物理凝胶强度不高的缺陷，本发明提供了一种液晶物理凝胶复合材料的制备方法及其产品，其目的在于利用无机纳米粒子来改善液晶物理凝胶的力学性能。

按照本发明的一个方面，提供了一种液晶物理凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将无机纳米粒子与液晶材料进行混合，然后在20℃～55℃下超声波辅助分散，得到均匀分散的液晶/纳米粒子分散液，其中所述无机纳米粒子按照液晶材料质量的0.3％～10.0％进行配料；

(2)称取有机小分子凝胶因子，然后将其加入步骤(1)所得到的所述液晶/无机纳米粒子分散液，然后搅拌得到均匀分散的液晶/凝胶因子/纳米粒子分散液，其中所述有机小分子凝胶因子按照液晶材料质量的0.3％～5.0％进行配料；

(3)将步骤(2)所得到的所述液晶/凝胶因子/无机纳米粒子分散液在100℃～150℃的温度下加热，并同时剧烈搅拌，直至凝胶因子完全溶解在所述分散液中，自然冷却至室温，静置即可得到所需的液晶物理凝胶复合材料。

优选地，所述无机纳米粒子优选为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙或纳米碳化硅；所述无机纳米粒子的平均粒径为10nm～500nm。

优选地，所述无机纳米粒子的质量进一步设定为所述液晶材料质量的1％～3％。

优选地，所述凝胶因子为亚苄基山梨醇、二(对甲基苄叉)山梨醇、二(3,4-二甲基苄叉)山梨醇、环己二胺、月桂酰-丙氨酸甲酯或N-脂肪酰谷氨酸。

优选地，所述液晶为向列相液晶。

按照本发明的另一方面，还提供了一种液晶物理凝胶复合材料，其特征在于，该复合材料是无机纳米粒子增强的液晶物理凝胶复合材料，其除了包括作为基本配料的液晶材料和有机小分子凝胶因子之外，还额外包含无机纳米粒子，该无机纳米粒子均匀分散于所述液晶材料中，与凝胶因子形成相互贯穿的网络结构；所述无机纳米粒子的质量为所述液晶材料质量的0.3％～10.0％，所述有机小分子凝胶因子的质量为所述液晶材料质量的0.3％～5.0％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于将无机纳米粒子材料引入到液晶物理凝胶的制备中，一方面利用无机纳米粒子自身强度提升液晶物理凝胶复合材料的力学性能，另一方面利用无机纳米粒子，形成相互贯穿的网络结构，进一步提高复合材料的力学强度。所得液晶物理凝胶复合材料的模量不仅显著高于普通的液晶物理凝胶，而且液晶物理凝胶复合材料的电光性能不受添加的无机纳米粒子的影响。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的液晶物理凝胶复合材料的扫描电镜照片。

图2是本发明实施例1-3和对比例制备的液晶物理凝胶复合材料的储能模量曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1