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  由于較高的光利用率和在隱私保護(hù)等方面的優(yōu)勢(shì)，可控光散射型液晶/聚合物復(fù)合材料在智能窗和顯示等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。其中雙穩(wěn)態(tài)材料具有節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛研究。然而這些材料對(duì)入射可見光主要是傳播方向上的調(diào)控，不具備獨(dú)立可控光吸收或者變色的能力，這在一定程度上限制了相關(guān)器件的開發(fā)和應(yīng)用。相比于只有透明態(tài)和光散射態(tài)切換單一功能的器件，兼具可控光吸收或者變色功能的光散射型器件無疑更具實(shí)用價(jià)值。

  近期，河北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院孫玉寶教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于聚合物穩(wěn)定離子摻雜膽甾相液晶和電致變色層的可變色光散射器件，器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。在具有低驅(qū)動(dòng)電壓、高雙穩(wěn)態(tài)對(duì)比度的霧透切換功能的同時(shí)，該器件兼具了電致變色功能，可實(shí)現(xiàn)透明、光散射、著色透明和著色光散射四種工作狀態(tài)，且每種狀態(tài)都不需要電壓的維持。器件的工作原理如圖2所示，基于液晶的介電響應(yīng)、離子摻雜液晶的電流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和電致變色材料的氧化還原反應(yīng)，通過控制交變電場(chǎng)的頻率和直流電場(chǎng)的方向，可以分別調(diào)節(jié)聚合物穩(wěn)定液晶的光散射態(tài)和變色聚合物的著色態(tài)，進(jìn)而使器件獲得所需狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了聚合物穩(wěn)定離子摻雜膽甾相液晶和電致變色層相結(jié)合這一設(shè)計(jì)的可行性。為了使器件獲得更好的光散射態(tài)與循環(huán)穩(wěn)定性，利用光聚合引發(fā)相分離的方法在膽甾相液晶中引入了聚合物網(wǎng)絡(luò)，采用刮涂法制備了電致變色聚合物層，另外液晶中摻雜的離子鹽同時(shí)為電流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和電致變色效應(yīng)提供了離子（圖3、圖4）。實(shí)驗(yàn)樣品的透射光譜、相應(yīng)工作狀態(tài)以及聚合物穩(wěn)定膽甾相液晶的織構(gòu)分別如圖5、圖6所示。該工作還研究了手性摻雜、聚合物網(wǎng)絡(luò)、離子鹽引入、電致變色聚合物層厚度對(duì)器件電光性能的影響。測(cè)量結(jié)果表明，聚合物網(wǎng)絡(luò)的引入大大提高了膽甾相液晶的雙穩(wěn)態(tài)對(duì)比度，且經(jīng)過10000次的循環(huán)驅(qū)動(dòng)后仍保持較好的光學(xué)性能（圖7）。電致變色聚合物層具有粗糙的表面結(jié)構(gòu)，隨著變色層厚度的增加，著色透明態(tài)的著色程度逐漸加深，樣品的透明態(tài)的總透光率也會(huì)降低（圖8、圖9）。當(dāng)電致變色層厚度為0.39μm時(shí)，透明態(tài)的總透光率為71.58%，著色光散射態(tài)的總透光率為37.72%。該器件具有變色獨(dú)立控制、擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，在智能窗和顯示等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，且對(duì)液晶和電致變色材料的融合研究具有重要價(jià)值。

圖 9 (a)透明態(tài)和光散射態(tài)的透射光譜，(b)著色透明態(tài)和著色光散射態(tài)的透射光譜，(c)四種工作狀態(tài)的總透光率，(d)三種不同電致變色層厚度樣品的四種工作狀態(tài)的霧度值。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c17770