红外光谱结合线阵列检测技术研究聚合物分散液晶膜分子取向.pdf

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1、第38卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究简报第8期2010年8月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1182～1185DOI：10．3724／SP．J．1096．2010．01182红外光谱结合线阵列检测技术研究聚合物分散液晶膜分子取向孙国恩滕红张春玲窦艳丽徐经伟(吉林大学材料科学与工程学院教育部汽车重点实验室，长春130025)(吉林大学第二医院妇产科，长春130041)(中国科学院长春应用化学研究所国家电化学和光谱研究分析中心，长春130022)摘要采用偏振红外光谱和变温红外光谱研究聚合物分散液晶膜中液晶分子取

2、向随外加电场及温度的变化。利用线阵列检测技术表征了聚合物与液晶界面处的成分分布。结果表明，线阵列检测技术能够快速而直观地给出成分分布图，通过该成分分布图可以解释PDLC在温度场作用下分子取向的变化。关键词红外光谱；线阵列检测；聚合物分散液晶；分子取向1引言聚合物分散液晶膜(Polymerdispersedliquidcrystal，PDLC)是一种具有电光特性的薄膜材料口]，是将小分子液晶分散于透明的聚合物基体当中，形成聚合物网格结构。与传统的液晶器件相比，聚合物分散液晶膜的优势在于不需要偏振片和取向层，可用作光电开关，光栅，大面积显示器等]。其电光特性

3、取决于液晶分子在工作电场中的取向度以及电场变化时液晶分子发生取向的速度，而取向速度不仅与液晶分子的流动性有关，还与液晶所受的界面锚固力有关。文献[6～8]采用时间分辨光谱研究了在电场或外力作用下，铁电性液晶在聚合物凝胶中的取向动力学。魏强等等采用变温红外光谱技术研究了液晶的氢键作用。Mei等用近场扫描光学显微镜，通过分子取向所引起的光学图像的变化追踪了PDLC的重新取向过程。线阵列检测较普通红外光谱仪的单元检测其优势在于快速并且能够一维成像，利用线阵列检测，每秒钟能扫描100张红外光谱。而偏振红外光谱是通过谱带在不同偏振光照射时的吸光度的变化规律来得到单

4、晶的结构、分子链的构象、取向度等信息。本实验利用线阵列红外扫描技术结合偏振红外光谱和变温红外光谱，对聚合物分散液晶膜界面成分进行了研究，分析了外加电场引起的向列相液晶分子取向的变化，并对液晶分子相变过程中的流动性及界面锚固力进行定性分析，建立了快速直观地反应PDLC分子取向的方法。2实验部分2．1仪器与试剂BrokerIFS-66VFvr—IR光谱仪(德国布鲁克公司)；F05型信号发生器(南京盛普仪器有限公司)。单体NOA65(Aldrich公司)；向列相液晶P0616A(永生华清液晶有限公司)。2．2聚合物分散液晶膜的制备液晶盒是将两片镀有氧化铟锡(I

5、TO)的氟化钙粘在一起，中间以3m厚聚四氟乙烯隔片隔开。将单体和液晶按比例配好，加热至65℃，避光搅拌10min，使其充分混匀，将液晶盒也加热至65℃，用针头取微量混合物，滴在液晶盒上，依靠毛细作用，样品逐渐被吸人并充满整个液晶盒，在液晶盒两端施加正旋波交流电，频率为100Hz，强度为5V／Ixm，同时采用紫外光引发单体聚合(光源距样品表面1mm)。2．3光谱测量红外光谱测量范围为3500—1000cm～，分辨率为4cm一，扫描32次，将偏振片置于红外光源和样2009-09．30收稿；2010-04．16接受本文系吉林大学科学前沿与交叉学科创新项目(No

6、．421030322416)资助}E—mail：douyl@jlu．deu．cn第8期孙国恩等：红外光谱结合线阵列检测技术研究聚合物分散液晶膜分子取向1183品之间，旋转不同的角度，得吸收光谱。测定PDLC膜在工作状态下的谱图时，对样品施加6V／p~m直流电场，同时采集样品的红外光谱。lO063结果与讨论3．1电场作用液晶分子取向变化偏振光谱中谱带的吸光度可以由式(1)表示¨：A=(M·E)log(ton)(1)其中，和，分别是入射光和透射光强度；M是分子的简谐振动的跃迁矩矢量；E是入射光的电矢量。在聚合物分散液晶中，若液晶分子刚性核部分的振动方向与入射

7、光电矢量之间的夹角为O／，则吸光度正比于COS，因此可用最大吸光度的变化来追踪液晶分子的取向变化。通常可用振动吸收峰的面积来表示吸光度。液晶分子各振动基团的红外峰指认见表1。表1PDLC膜的振动峰指认及二向色性比和取向参数5Table1AssignmentoftheinvestigatedbandsanddichroicratioRandorderparameterSofpolymerdispersedliquidcrystal(PDLC)films2l吣图1给出电场促进相分离法制备的NOA65分散P0616A薄膜的不同振动基团吸光度随偏振角度的变化。在

8、非工作状态下，各振动基团随偏振角度的变化不大，液晶P0616A刚性核部分在红外入