纳米粒子-聚合物-蓝相液晶复合显示材料的制备及性能研究

This project is carried out on the basis of the pre-project of National Natural Science Fund about blue phase liquid crystal by optimizing the molecular structure design and preparation of liquid crystal matrix material with blue phase range, and then doped with a certain amount of magnetic response, light response and the electrical response of functional surface treated inorganic nano-particles, to construct inorganic nanoparticles-doped polymer-stabilized blue phase liquid crystal composite. Combining the polymer network and inorganic nano-particles for stabilizing blue phase can overcome their shortcomings and further improvement of the electro-optic properties of the blue phase liquid crystal, such as reducing the driving voltage and hysteresis phenomenon. In addition, doping functional magnetic and photosensitive nanoparticles can expand the application range of blue phase liquid crystal in magnetic response and light response.

本课题在前期项目研究的基础上,通过优化分子结构设计和制备出宽温域蓝相液晶母体材料，再分别掺杂一定量的磁响应、光响应以及电响应等功能性表面处理的无机纳米粒子，用以构建无机纳米粒子掺杂的聚合物稳定的蓝相液晶复合体系。将聚合物网络和无机纳米粒子结合用于稳定蓝相液晶，能以克服两者自身的不足和进一步改善蓝相液晶显示材料的综合电光性能（如降低驱动电压或迟滞现象等）。此外，掺杂功能性的磁响应和光响应纳米粒子能拓展蓝相液晶在磁响应以及光响应等应用范围。

针对蓝相液晶材料的温度范围狭窄、驱动电压较高，以及蓝相液晶功能单一等问题，本项目在聚合物、纳米粒子、蓝相液晶材料三个方面展开研究。在小分子蓝相液晶材料方面，设计并制备了不同结构的手性化合物、氢键液晶以及弯曲分子等，研究了分子结构与蓝相温域以及性能的关系，比较了相似结构的氢键液晶和共价键液晶在蓝相温域以及电光性能的特点。在纳米粒子方面，设计并合成了包含ZnS、BaTi03、Fe3O4、TiO2、(β-NaYF4: Yb3+, Tm3+)等纳米粒子以及氧化石墨烯等二维纳米材料在内的不同种类、粒径及表面修饰方法的无机纳米粒子，并考察了其对蓝相温域，以及电响应、磁响应和光响应的影响规律。在聚合物稳定蓝相液晶材料方面，研究了小分子母体向列相液晶、聚合物单体的种类和含量等条件对聚合物稳定蓝相液晶材料的温域及电光性能的影响，还考察了纳米粒子-聚合物稳定蓝相液晶的复合材料的电光性能。本项目的研究成果将为设计制备宽温域的蓝相液晶材料，以及促进蓝相液晶的实用化和多功能化提供了实验数据和理论依据。