安泰電壓放大器賦能聚合物穩定膽甾相液晶智能窗口研究

　　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，呈現不透明的乳白透明狀態。LC分子在帶電狀態下與電場排列一致，呈現透明。與PDLC相比，聚合物穩定液晶（PSLC）傾向于形成具有節點或纖維構象的松散聚合物網絡。據文獻報道，PSLC可以在透明或不透明狀態下初始化，并且可以在較低的外部電壓下驅動快速切換。但PSLC在散點狀態下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）由自組裝成螺旋結構的細長分子組成，不僅可以在透明和散射狀態之間切換，而且具有反射不同波長的功能。聚合物穩定膽固醇液晶（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(P)，由于chlc的原始布拉格反射而反射入射光。

　　當施加適當的電壓時，LC分子在電場作用下傾向于轉變為各向同性織構（H態）。然而，聚合物網絡與LC分子之間的相互作用傾向于保持P態。因此，兩種力對抗的結果是最終在PSCT中形成多域焦錐織構（FC態），由于聚合物網絡和lc之間的折射率不匹配，該織構是不透明的。去除外部電壓后，在LC分子相互作用和聚合物網絡平衡取向的雙重作用下，PSCT恢復到初始P態，PSCT變得透明，并再次反射紅外光。由于聚合物網絡的穩定作用，chlc電池可以在透明狀態和不透明狀態之間循環穩定地切換。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，這種結構如何影響光的傳播和調制，從而為實現智能窗口的動態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：基于高熱穩定聚合物穩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制性能和聚合物的熱穩定性。當外界條件（如溫度、電場等）發生變化時，膽甾液晶分子會發生取向變化，從而改變窗口的透光率和熱輻射透過量。高熱穩定聚合物則確保這一過程中窗口的整體結構穩定性和性能持久性。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，使用信號發生器產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象。

　　圖1：高熱穩定聚合物穩定膽甾液晶智能窗口實驗流程圖

　　實驗結果：

　　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，驅動正常透明YP-011PSCT變為不透明的閾值電壓顯著增加，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

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