實驗名稱：膽甾液晶的光學性能，其反射譜、透射譜以及在不同條件下的光學響應研究

研究方向：可見光透過率可調(diào)的mnSmart窗因其易于控制、外觀美觀、顯著提高建筑居民的舒適度而受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注，并已應用于建筑、交通、電子或光學器件等各個領域。聚合物分散液晶（PDLC）作為智能窗戶已經(jīng)得到了廣泛的應用。由于液晶分子組成的液滴的光軸是自由取向的，通過基體的光被液滴散射明顯，由于它們的折射率不匹配，呈現(xiàn)不透明的乳白透明狀態(tài)。LC分子在帶電狀態(tài)下與電場排列一致，呈現(xiàn)透明。與PDLC相比，聚合物穩(wěn)定液晶（PSLC）傾向于形成具有節(jié)點或纖維構(gòu)象的松散聚合物網(wǎng)絡。據(jù)文獻報道，PSLC可以在透明或不透明狀態(tài)下初始化，并且可以在較低的外部電壓下驅(qū)動快速切換。但PSLC在散點狀態(tài)下40%-50%的相對輕度霧霾也嚴重制約了其實際利用。膽固醇液晶（CLC）由自組裝成螺旋結(jié)構(gòu)的細長分子組成，不僅可以在透明和散射狀態(tài)之間切換，而且具有反射不同波長的功能。聚合物穩(wěn)定膽固醇液晶（PSCT）可以成功地取代PSLC中的向列相液晶。PSCT可以在initialized透明模式下初始化，其中，chlc呈平面織構(gòu)(P)，由于chlc的原始布拉格反射而反射入射光。

當施加適當?shù)碾妷簳r，LC分子在電場作用下傾向于轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲钥棙?gòu)（H態(tài)）。然而，聚合物網(wǎng)絡與LC分子之間的相互作用傾向于保持P態(tài)。因此，兩種力對抗的結(jié)果是最終在PSCT中形成多域焦錐織構(gòu)（FC態(tài)），由于聚合物網(wǎng)絡和lc之間的折射率不匹配，該織構(gòu)是不透明的。去除外部電壓后，在LC分子相互作用和聚合物網(wǎng)絡平衡取向的雙重作用下，PSCT恢復到初始P態(tài)，PSCT變得透明，并再次反射紅外光。由于聚合物網(wǎng)絡的穩(wěn)定作用，chlc電池可以在透明狀態(tài)和不透明狀態(tài)之間循環(huán)穩(wěn)定地切換。PSCT也可以在正常不透明模式下初始化（與之前的正常透明模式相反），在這種模式下，chlc在沒有外電場的情況下處于散射紋理（Fc），并且可以在外電場的作用下橫向切換到透明模式。

實驗目的：深入理解膽甾液晶的光學特性，這種結(jié)構(gòu)如何影響光的傳播和調(diào)制，從而為實現(xiàn)智能窗口的動態(tài)透光率控制提供理論基礎。

測試設備：ATA-2021B高壓放大器、信號發(fā)生器、示波器、精確溫控臺、偏振光顯微鏡

實驗過程：基于高熱穩(wěn)定聚合物穩(wěn)定膽甾液晶的智能窗口，其工作原理主要依賴于膽甾液晶的光學調(diào)制性能和聚合物的熱穩(wěn)定性。當外界條件（如溫度、電場等）發(fā)生變化時，膽甾液晶分子會發(fā)生取向變化，從而改變窗口的透光率和熱輻射透過量。高熱穩(wěn)定聚合物則確保這一過程中窗口的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能持久性。在Chlc中加入了YP-011PSCT。后將YP-011PSCT注入10μm細胞，放在精確溫控臺控制溫度。電光的性能采用液晶材料自動測試系統(tǒng)，使用信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號再通過高壓放大器ATA-2021B放大施加電場至樣品兩端，同時示波器可以觀察輸出端電壓，從而控制電場，再用偏振光顯微鏡觀察實驗現(xiàn)象。

圖1：高熱穩(wěn)定聚合物穩(wěn)定膽甾液晶智能窗口實驗流程圖

實驗結(jié)果：

圖2(a)透射率與電壓的關系；(b)3%、4%和5%RM257摻雜YP-的透射率隨時間的變化011PSCT細胞。

利用自動LCD測試儀對3%、4%和5%RM257摻雜YP-011PSCT的電光性能進行了評價，如圖2所示，通過提高RM257的摻雜濃度，驅(qū)動正常透明YP-011PSCT變?yōu)椴煌该鞯?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/閾值電壓/" target="_blank">閾值電壓顯著增加，但相應的上升時間和衰減時間顯著減少。其中，3%RM257摻雜YP-011PSCT的閾值電壓、上升時間和衰減時間分別為22.908v、85.442ms和18.617ms；將RM257的摻雜濃度提高到5%，閾值電壓提高到31.172V，上升時間和衰減時間分別縮短到66.001ms和5.336ms，閾值電壓提高了36.07%，上升時間減少了22.75%，衰減時間減少了71.34%。聚合物基體越堅固、密度越高，chlc的錨定能越強，閾值電壓越高。同時，更堅固、更致密的聚合物基體也會產(chǎn)生空間位阻的升高，從而顯著縮短了提升時間和衰減時間，從而阻礙了外電場對chlc的尺寸切換。

電壓放大器推薦：ATA-2021B

圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇