Well-structured holographic polymer dispersed liquid crystals by employing acrylamide and doping ZnS nanoparticles

Abstract

High diffraction efficiency, low driving voltage and well-structured HPDLC gratings were fabricated through incorporating an acrylamide monomer and doping ZnS nanoparticles.

Effect of ketyl radical on the structure and performance of holographic polymer/liquid-crystal composites

“…Toward this end, the copolymer P(DMAA-co-EHA) was prepared through the visible light photopolymerization mediated by the KCD/NPG "photoinitibitor". DMAA helps the dissolution of KCD and NPG while EHA with a higher propagation constant facilitates the photopolymerization [55]. Interestingly, the purified P(DMAA-co-EHA) (M n , 79 kDa) in DMF shows a peak absorption at 397 nm, which is blue shifted for 64 nm compared with that of pure KCD (Fig.…”

Recent Advances in The Polymer Dispersed Liquid Crystal Composite and Its Applications

“…Similarly, Manda et al [ 119 ] of Chonbuk National University, Korea, obtained DGs which were optically transparent in the visible wavelength regime by tuning the LC droplet size below the visible wavelength. Efficient HPDLCs having low driving voltages and high diffraction efficiency were realized by using a photoinhibitor, acrylamide and doping ZnS nanoparticles [ 120 , 121 ]. Also, a concurrent photoinitiation and inhibition upon green light illumination was disclosed, which significantly improved the diffraction efficiency of HPDLC gratings and afforded their utilization in storage of colored 3D images [ 122 ].…”

Advances on holographic polymer nanocomposites

“…Effect of ZnS on the electro-optical performance of HPNC. (a) Schematic illustration of mercaptoethanol-capped ZnS and the corresponding HPNC [48] ; (b) effect of content of mercaptoethanol-capped ZnS on the electro-optical response properties of HPNC (the content was varied from 0 to 8wt% with an interval of 2wt%) [48] ; (c) schematic illustration of LC-ZnS and the corresponding HPNC [53] ; (d) effect of LC-ZnS content on the electro-optical response properties of HPNC [53] 倪名立等人 [20] 还系统研究了多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的空间分布对 HPNC 光 8b)，电光响应性能变差 [30] 。与之不同的是，单双键 POSS 仅略微增加了复合体系的黏 致复合材料的荧光量子产率较低(QY = 4%)。胡毅雄、郝兴天等人 [6] 基于金属配位作用， 种兼具全息图像存储功能和高效发光性能的 HPNC 为高端防伪应用提供了新思路。 图 9 基于超分子液晶金属大环的 HPNC 及其全息图像存储和荧光发射 [6] Figure 9 Holographic image storage and fluorescent emission in the HPNC that was based on supramolecular liquid-crystalline metallacycles [6] 6.2 全息和荧光双重图像的正交存储、无串扰显示及协同温敏响应 赵晔等人 [7,57] 利用四苯乙烯类聚集诱导发光分子(简称 AIEgen)与液晶小分子的协同 作用，率先实现了全息图像与荧光图像在 HPNC 中的正交存储、无串扰显示以及协同温 敏响应(图 10)，为高端防伪应用提供了全新思路 [30] 。全息图像通过光引发阻聚剂诱导的 自由基聚合反应及聚合诱导相分离原理形成，荧光图像通过四苯乙烯基元的光环化反应 得到 [30] 图 10 基于 AIEgen 与液晶小分子的协同效应在 HPNC 中实现全息与荧光双重图像的正 交存储、无串扰显示以及协同温敏响应 [7] Figure 10 Orthogonal reconstruction, crosstalk-free display and cooperative-thermoresponse of holographic and fluorescent dual images in the HPNC via the synergy of AIEgen with the LC [7] 6.3 全息和上转换发光双重图像的正交存储与无串扰显示 上转换发光是通过长波长光激发、产生短波长发光的过程，发光稳定性好、发射带 宽窄、反斯托克斯位移大(>500 nm)、发光颜色可调范围宽、对背景干扰抵抗能力强， 在防伪领域具有重要应用 [30,58~63] 。张小梅 [19] 、罗文等人 [29] 分别采用镧系离子掺杂的棒状 上转换纳米粒子以及具有核壳结构的上转换纳米粒子制备了具有上转换发光功能的 HPNC。与液晶小分子(尺寸通常小于 2 nm)相比，这些上转换纳米粒子(upconversion nanoparticle, UCNP)尺寸大、扩散慢，在激光聚合诱导相分离过程中主要分布在富高分 子相(在相干亮区产生)，而非富液晶相。由于上转换纳米粒子具有较低的折射率，这种 空间分布有利于在富高分子相与富液晶相之间产生较大的折射率差异，不仅使复合材料 能够存储高质量全息图像，也使复合材料在 980 nm 近红外光 (NIR) 激发下能够产生颜 色可调、强度较高的上转换发光(图 11a) [19,29] 。进一步地，倪名立等人 [37] 产生的上转换发光 [29] ; (b) 基于 UCNP 内核与 FITC 之间的能量转移效应以及 FITC 的光 漂白反应，实现全息和上转换发光双重图像在 HPNC 中的正交存储与无串扰显示 [37] Figure 11 HPNC with the upconversion emission function. (a) Holographic image storage and upconversion emission in the HPNC containing UCNP [29] ; (b) orthogonal reconstruction and crosstalk-free display of holographic and upconversion dual images in the HPNC, i...…”

“…The liquid crystal was removed with n-hexane 典型的光引发阻聚剂包括对蓝光敏感的 3,3′-羰基双(7-二乙胺香豆素)(KCD)/N-苯基 甘氨酸(NPG)体系 [5,8,38,42,43] 和对绿光敏感的玫瑰红(RB)/NPG 体系(图 3a) [40,41] 。一般地， 随着 KCD 或 RB 含量的增加，相分离结构更加有序(图 3b、3c)。为了进一步证明这些 光引发阻聚剂对促进有序相分离的独特作用，赵骁宇等人 [43,44] 系统研究了 KCD 的光反 应机理，发现 2-(4-甲氧基苯基)-4,6-双(三氯甲基)-1,3,5-三嗪(TA)不仅可以将 KCD/NPG 蓝光光引发阻聚剂中的阻聚功能消除 [43] ，还能够直接与 KCD 构成仅产生引发聚合功能 的光引发体系 [44] 。结果显示，当复合体系中阻聚功能消除或者仅产生引发聚合功能时， 复合材料的相分离程度均会显著下降，全息光栅的衍射效率降低。此外，他们还设计了 A c c e p t e d https://engine.scichina.com/doi/10.1360/TB-2021-1116 一种不参与初级光化学反应的氧杂蒽(XAN)阻聚剂，发现这种外加的阻聚剂虽然也能降 低光聚合反应速率，但无法促进有序相分离 [30,45] 。这些结果都表明，光引发阻聚剂对促 进有序相分离具有关键作用。光引发阻聚剂的新概念也受到了国内外同行的高度关注 [46,47] 。 2. 相干激光聚合诱导相分离的数学模型 为了建立复合材料相分离程度与复合体系物性参数以及光聚合反应动力学参数的 定量关系，倪名立等人 [4,8] 从 Fick 第二定律和 Stokes-Einstein 扩散系数出发，对相分离 过程建模、定积分(图 4a)，并给出解析解，得到了相分离程度(Segregation degree, SD) 与体系凝胶化时间/黏度比值(t gel /ν)的函数关系 [8] ratio of gelation time to initial viscosity (t gel /v) [8] 图 4b 为采用相分离模型对实验数据进行拟合的结果，可以看出，当 t gel /ν ≤ 5000 Pa - EHA/NVP/6361-100 混合单体(d)时复合材料光栅结构的 SEM 照片 [5,48,49] ; (e) 以液晶显示 屏为光源时处于透射及衍射状态的复合材料光栅 [50] Figure EHA/NVP/6361-100 monomer mixtures (d) [5,48,49] ; (e) composite gratings at the transmission and diffraction states, respectively, when using a liquid crystal display screen as the light source [50] A (图 5e) [49,50] ，光调制能力强。 4. 液晶相行为对复合材料相分离结构及光栅性能的影响 液晶作为兼具晶体各向异性和液体流动性的软物质，对电、光、热、磁等外场刺激 具有独特的响应能力 [4,30,38,51] 。 液晶的相行为直接影响相分离过程和复合材料的电光响应 性能。彭海炎等人 [52] 合成了液晶小分子 4-氰基-4′-丁氧基联苯(4OCB)，并研究了其对复 HPNC 结构示意图 [48] ; (b) 巯基乙醇修饰的 ZnS 含量对 HPNC 电光响应特性的影响(含量 变化为 0~8 wt%， 浓度梯度为 2 wt%)…”

“…相干激光聚合诱导相分离的数学模型 为了建立复合材料相分离程度与复合体系物性参数以及光聚合反应动力学参数的 定量关系，倪名立等人 [4,8] 从 Fick 第二定律和 Stokes-Einstein 扩散系数出发，对相分离 过程建模、定积分(图 4a)，并给出解析解，得到了相分离程度(Segregation degree, SD) 与体系凝胶化时间/黏度比值(t gel /ν)的函数关系 [8] ratio of gelation time to initial viscosity (t gel /v) [8] 图 4b 为采用相分离模型对实验数据进行拟合的结果，可以看出，当 t gel /ν ≤ 5000 Pa - EHA/NVP/6361-100 混合单体(d)时复合材料光栅结构的 SEM 照片 [5,48,49] ; (e) 以液晶显示 屏为光源时处于透射及衍射状态的复合材料光栅 [50] Figure EHA/NVP/6361-100 monomer mixtures (d) [5,48,49] ; (e) composite gratings at the transmission and diffraction states, respectively, when using a liquid crystal display screen as the light source [50] A (图 5e) [49,50] ，光调制能力强。 4. 液晶相行为对复合材料相分离结构及光栅性能的影响 液晶作为兼具晶体各向异性和液体流动性的软物质，对电、光、热、磁等外场刺激 具有独特的响应能力 [4,30,38,51] 。 液晶的相行为直接影响相分离过程和复合材料的电光响应 性能。彭海炎等人 [52] 合成了液晶小分子 4-氰基-4′-丁氧基联苯(4OCB)，并研究了其对复 HPNC 结构示意图 [48] ; (b) 巯基乙醇修饰的 ZnS 含量对 HPNC 电光响应特性的影响(含量 变化为 0~8 wt%， 浓度梯度为 2 wt%) [48] ; (c) LC-ZnS 及其掺杂的 HPNC 结构示意图 [53] ; (d) LC-ZnS 含量对 HPNC 电光响应特性的影响 [53] . 图中 η 代表光栅衍射效率…”