Коллоидно-жидкокристаллический композит для электрооптических устройств

КОЛЛОИДНО-ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ ДЛЯ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Изобретение относится к жидкокристаллическим композитам, предназначенным для работы в электрооптических и фотонных устройствах. Предложенный композитный материал, полученный добавлением к нематическому жидкому кристаллу малых частиц полимера поли(2-метил-5 винилпиридин) и стабилизатора гептилоксибензойной кислоты с мезогенным свойством, обладает высокой стабильностью структуры и улучшенными электрооптическими параметрами. Байрамов Газанфар Музаффар оглы, Имамалиев Аббас Рагим оглы,Ибрагимов Тахир Джумшуд оглы,Магеррамов Абель Мамедали оглы(71)(73) Заявитель и патентовладелец: БАКИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (AZ) 016136 Изобретение относится к физической и коллоидной химии, а именно жидкокристаллическим композитным материалам, предназначенным для работы в электрооптических и фотонных устройствах. Известны изобретения по композитам жидкого кристалла и полимера, где капельки жидкого кристалла диспергируются в полимерной среде [1, 2], которые называются полимерно-диспергированными жидкими кристаллами, и могут быть использованы в производстве термоиндикаторов, гибких дисплеев и т.д. Также известны жидкокристаллические композиты другого рода, где матрицей (диспергирующей средой) служит нематический жидкий кристалл [3], а диспергируемыми частицами являются карбоновые нанотрубки, которые эффективно ориентируются молекулами жидкого кристалла. По техническим характеристикам и полученным результатам наиболее близким к настоящему изобретению является коллоидно-жидкокристаллический композит, состоящий из 4,4'-пентилцианобифенил в качестве жидкокристаллической среды, малых (субмикронных) частиц полиметилметакрилата в качестве диспергируемого вещества и полигидростеариновой кислоты в качестве стабилизатора, т.е. поверхностно-активного вещества, предотвращающий агрегацию полимерных частиц [4]. Недостатком данного изобретения является то, что исходная структура композита, описанного в прототипе, не восстанавливается после цикла нагревания-охлаждения (нематик-изотроп-нематик). Задачей данного изобретения является получение коллоидно-жидкокристаллического композита с высокой степенью стабильности структуры и улучшенными значениями некоторых электрооптических характеристик. Поставленная задача достигается тем, что в нематические жидкие кристаллы добавляется полимер поли(2-метил-5-винилпиридин) и мезогенный стабилизирующий агент 4-н-гептилоксибензойная кислота. При высоких температурах (TTNI, где TNI - точка перехода из нематического в изотропное состояние) полимер растворяется в жидком кристалле. По мере охлаждения при некоторой температуре происходит фазовое разделение: нематическая фаза жидкого кристалла выделяется из раствора в виде мелких капелек. При дальнейшем охлаждении размер этих капелек увеличиваются за счет сужения полимерных перегородок между ними. При комнатной температуре получается мягкое упругое тело, состоящее из больших жидкокристаллических областей, разделенных тонкими полимерными стенками. Размер жидкокристаллических областей, а также структура и толщина полимерных стенок зависят от концентрации полимерной добавки и скорости охлаждения. Критическая концентрация полимера, выше которой получается жидкокристаллический композит, составляет хс 7%. Отметим, что при приготовлении композита с участием полимера поли(2-метил-5-винилпиридин) не требуется использование механической мешалки или ультразвукового диспергатора. Преимуществом полученных композитов является то, что после цикла нагрев-охлаждение (нематик-изотроп-нематик) исходная текстура восстанавливается. Кроме того, при приготовлении композита можно использовать нематический жидкий кристалл как с положительной (см. пример 1), так и отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости (пример 2). Это позволяет осуществить разные электрооптические эффекты в полученных композитах (S- и В-эффекты, твист-эффект, динамическое рассеяние света и т. д.). При приготовлении композитов были использованы следующие жидкокристаллические и полимерные материалы: 1) жидкий кристалл 4,4'-пентилцианобифенил (5 СВ, производство фирмы MERCK) со структурной формулой с температурами фазовых переходов Crystal 21,5 С Nematic 35 С Isotropic и обладающей положительной анизотропией диэлектрической проницаемости =11,5 при 20 С; 2) жидкий кристалл 4-метоксибензилиден-4'-бутиланилин (МВВА, призводство фирмы MERCK) со структурной формулой и с точками фазовых переходов Crystal 22C Nematic 47C Isotropic и обладающей отрицательной диэлектрической анизотропией =-0,54 при 20 С; 3) жидкий кристалл 4-этоксибензилиден-4'-бутиланилин (EBBA, производство фирмы MERCK) со структурной формулой и температурами фазовых переходов Crystal 37,6C Nematic 80C Isotropic и обладающей отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости =-0,54 при 20 С; 4) стабилизатор с мезогенной природой 4-н-гептилоксибензойной кислоты (НОВА, производство фирмы MERCK) со структурной формулой и температурой плавления Tm=122 С. Пример 1. Приготавливался жидкокристаллический композит путем взвешивания компонентов и их смешивания при температуре 60-70 С, состоящий из компонентов, мас.%: с фазовыми переходами Cryst 20C N 34,5 С Iso, обладающий положительной анизотропией диэлектрической проницаемости (0), поэтому в нем можно осуществить S-эффект и твист-эффект. Фотография данного композита, снятая в электрооптической ячейке (толщина образца 12 мкм) под поляризационным микроскопом, показывает, что коллоидный композит состоит из больших областей жидких кристаллов со средним размером порядка 10 мкм, разделенных полимерными стенками толщиной порядка 1 мкм (фиг. 1). Время выключения электрооптического эффекта (например, S-эффекта) в композите зависит от приложенного напряжения и примерно в 5-6 раз меньше, чем в случае чистого жидкого кристалла 5 СВ (фиг 2). Пример 2. Приготавливался жидкокристаллический композит путем взвешивания компонентов и их смешивания при температуре 60-70 С, состоящий из компонентов, мас.%: и фазовыми переходами Cryst -10 С N 55 С Iso, обладающий положительной отрицательной диэлектрической проницаемостью (0), поэтому в нем можно осуществить В-эффект. Микрофотография и зависимость времени выключения от напряжения В-эффекта в данном композите показаны на фиг. 3 и 4 соответственно. И в данном композите время выключения В-эффекта слабо зависит от напряжения и существенно меньше (в 5-6 раз), чем у соответствующего чистого жидкого кристалла. Используемая литература 1. Ober C.K., Weiss R.A. Polymer dispersed liquid crystals, Condensed Matter News, 1992, v. 1, N 7,p. 20. 2. Reamey R.H., Mazzanti J. et al. Method of making liquid crystal composite. Patent UK 1011703, 2002. 3. Lee W., Gau J.-Sh. et al. Liquid crystal composite and device comprising the same, US Patent 2008011983, 2008. 4. Nakamura H., Crain J. Display device and an electrooptical device using a colloidal liquid crystalcomposite, US Patent 6620466, 2003. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Коллоидно-жидкокристаллический композит для электрооптических устройств, содержащий нематический жидкий кристалл, диспергируемое вещество и стабилизатор, отличающийся тем, что в качестве диспергируемого вещества содержит поли(2-метил-5-винилпиридин), а в качестве стабилизатора - 4-нгептилоксибензойную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: