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一种碟状胶体液晶相变的控制方法与流程

发布时间:2019-06-04 02:35 来源:未知 编辑:admin

  碟状胶体由于其独特的自组装性质,可以自发地产生相变,如isotropic(I)-Nematic(N)相变,从而形成碟状液晶。在碟状胶体中加入异质颗粒,在构形熵和排除体积的作用下,胶体中可能出现两个不同的I相或N相。在相变的过程中,异形颗粒的粒径大小对胶体中的相变至关重要,相分离的结果取决于异型颗粒的大小值和碟状胶体颗粒的大小值之比q。目前,两种不同颗粒形成的混合胶体中的相变得到了广泛的研究。

  Oversteegen等人运用自由体积理论预言了使球碟混合胶体中发生I-I相变的q<2.44;Parson-Lee的理论提出发生I-I相变的q>2.44,发生N-N分离的q<0.067。Daniel等人的理论指出,使球碟混合胶体中发生N-N分离的q<0.1;Roohollah等人通过模拟的方法计算出当q=0.03时,球碟混合胶体中发生N-N分离,当q=0.2时,发生I-N分离,当q=1.3时,发生I-I分离;Mingfeng Chen等人的研究结果表明,当q=0.013时,球碟混合胶体中发生N-N分离,当q=0.0901,球碟混合胶体中发生I-I分离。

  以上所有的研究结果表明:在球碟混合胶体中,当q值较大时发生N-N分离,当q值较小时发生I-I分离,当q值介于发生N-N分离和I-I分离的值之间时发生I-N分离。

  由于一种球形颗粒的大小是确定的,因此,希望开发出一种简单可行的方法来,通过使用一种球形颗粒即可实现改变q值得大小,从而控制胶体中发生的液晶相变。

  有鉴于此,本发明所要解决的技术问题在于提供通过一种球形颗粒即可使碟状胶体液晶相变的控制方法。

  优选的,所述温敏性聚合物球形颗粒的粒径随温度变化的温度范围为0℃~70℃。

  优选的,所述混合胶体溶液中温敏性聚合物球形颗粒的质量浓度为0.01%~0.4%。

  优选的,所述温敏性聚合物球星颗粒选自聚氧化乙烯醚(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)与聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)中的一种或多种。

  优选的,所述温敏性聚合物球形颗粒溶液中温敏性聚合物球形颗粒的质量浓度为0.01%~0.4%。

  本发明提供了一种碟状胶体液晶相变的控制方法,包括:S1)将温敏性聚合物球形颗粒与碟状胶体悬浮液混合,得到混合胶体溶液;S2)将所述混合胶体溶液静置,使其发生相分离。与现有技术相比,本发明将一种对在不同环境温度下,其流体力学半径值Rh不同的聚合物球形颗粒,加入到碟状胶体悬浮液中,从而实现仅通过改变温度即可在胶体中实现不同的相分离。

  图2为本发明实施例1中得到的PNIPAM球形颗粒在不同温度下的水力学粒径曲线中得到的混合胶体溶液中相分离示意图;

  本发明提供了一种碟状胶体液晶相变的控制方法,包括:S1)将温敏性聚合物球形颗粒与碟状胶体悬浮液混合,得到混合胶体溶液;S2)将所述混合胶体溶液静置,使其发生相分离。

  所述温敏性聚合物球形颗粒为本领域技术人员熟知的温敏性聚合物球形颗粒即可,并无特殊的限制,本发明中优选为粒径随温度变化的温度范围为0℃~70℃,更优选为聚氧化乙烯醚(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)与聚(N,N-二乙基丙烯酰胺)(PDEAAm)中的一种或多种;所述温敏性聚合物球形颗粒的粒径优选为10nm~1μm,更优选为10~500nm,再优选为10~300nm,再优选为10~100nm,最优选为40~100nm。

  在本发明中优选将温敏性聚合物球形颗粒以溶液的形式加入至碟状胶体悬浮液中;具体优选为将温敏性聚合物球形颗粒配制得到温敏性聚合物球形颗粒溶液;将温敏性聚合物球星颗粒溶液与碟状胶体悬浮液混合,得到混合胶体溶液。

  所述温敏性聚合物球形颗粒溶液中温敏性聚合物球形颗粒的质量浓度优选为0.01%~0.4%,更优选为0.05%~0.3%,再优选为0.1%~0.2%。

  所述碟状胶体悬浮液为本领域技术人员熟知的碟状胶体悬浮液即可,并无特殊的限制,本发明中优选为单层状碟状胶体悬浮液,更优选为磷酸锆、磷酸锆、氢氧化铝或三水铝石;所述碟状胶体悬浮液中碟状胶体的体积分数优选为0.02%~2%,更优选为0.05%~1.5%,再优选为0.1%~1%。

  将温敏性聚合物球星颗粒溶液与碟状胶体悬浮液混合,充分摇匀,得到混合胶体溶液;所述混合胶体溶液中温敏性聚合物球形颗粒的质量浓度为0.01%~0.4%,更优选为0.05%~0.3%,再优选为0.1%~0.2%。

  将混合胶体溶液静置,,使其发生相分离。所述静置的温度优选为20℃~40℃;所述静置的时间优选为10~20天,更优选为13~18天,再优选为14~16天,最优选为15天。

  本发明将一种对在不同环境温度下,其流体力学半径值Rh不同的聚合物球形颗粒,加入到碟状胶体悬浮液中,从而实现仅通过改变温度即可在胶体中实现不同的相分离。

  下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

  O·8H2O)和60ml浓度为14.6M的磷酸(H3PO4)混合,置于反应釜中200℃恒温反应24h,反应结束后,通过离心洗涤除去剩余的磷酸、干燥后得磷酸锆(ZrP)粉末;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,简称SEM)观察ZrP形貌。采用四丁基氢氧化铵溶液(TBAOH)对ZrP进行插层剥离,从而得到单片状ZrP碟状颗粒。1.2将130mM的异丙基丙烯酰胺(NIPAM)和4.2mM N,N-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)单体分别溶于20ml浓度为1.3mM的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液,去离子水总体积为260ml。将溶液置于三口烧瓶中,通入氮气搅拌(600转/分钟)10分钟;密封烧瓶并置于油浴锅中继续搅拌加热至70℃,待温度稳定20分钟后反应4小时,得具有温度敏感性的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)球形颗粒。

  1.4配制五组含不同PNIPAM浓度的ZrP悬浮液样品。每组样品中ZrP悬浮液体积分数分别为0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%。每组样品中加入质量分数分别为0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%的PNIPAM,得到球碟混合悬浮液样品,充分摇匀,置于22℃的恒温箱中,15天时间后,通过正交偏正装置即可观察到样品中出现N-N-I相变,如图1所示,从左至右,ZrP悬浮液的浓度依次为0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%。

  通过动态粒径分析仪测试1.1中得到的单片状ZrP的粒径值,得到结果为1500nm。

  通过动态粒径分析仪测试1.2中得到的PNIPAM球形颗粒在不同温度下的水力学粒径值,得到其曲线中得到的不同浓度的ZrP悬浮液中加入质量分数分别为0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%浓度的PNIPAM,得到球碟混合悬浮液样品,充分摇匀,置于30℃的恒温箱中,15天时间后,通过正交偏正装置即可观察到样品中出现N-I相变,如图3所示,从左至右,ZrP悬浮液的浓度依次为0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%。

  往实施例1中得到的不同浓度的ZrP悬浮液中加入质量分数分别为0.03%、0.06%、0.09%、0.12%、0.15%的PNIPAM,得到球碟混合悬浮液样品,充分摇匀,置于38℃的恒温箱中,15天后,通过正交偏正装置即可观察到样品中出现N-I-I相变,如图4所示,从左至右,ZrP悬浮液的浓度依次为0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%。

  以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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