摘要

胆甾体液晶（CLC）材料因其宽带反射特性而受到广泛关注，这些材料具有选择性反射光的能力。本研究通过在CLC体系中掺杂新型紫外线吸收剂ZIF-8，利用紫外线强度梯度的形成，制备了宽带反射膜。系统研究了ZIF-8含量、C6M含量、紫外线强度、紫外线照射时间和扩散温度对样品反射带宽的影响。在最佳条件下，反射带宽从277 nm扩展到429 nm。此外，掺杂ZIF-8的宽带反射膜不仅具有红外热控制和紫外线屏蔽能力，还具备三阶非线性饱和吸收的光学特性，使得多功能宽带反射膜的制备成为可能。以上结果表明，所开发的薄膜在建筑节能、紫外线防护和激光防护方面具有广阔的应用前景。

文章简介

液晶（LC）是一种介于固态和液态之间的软物质，其分子排列形态独特。由于能对光照、电场、温度和磁场等刺激作出响应，液晶在信息显示、光伏设备、传感器和智能材料等领域得到了广泛应用。胆甾体相（CLC）液晶以其具有布拉格反射的螺旋结构为特征，表现出对光的特殊选择性，因而备受关注。CLC的宽带反射涵盖了可见光和红外反射。具有红外反射特性的CLC能够通过反射阳光中大量的红外光，减少建筑物的红外热量，从而有效降低夏季的能耗，促进建筑节能。然而，CLC选择性反射的入射光波长范围通常较窄，往往小于100 nm。因此，扩展CLC的反射特性具有重要意义。

众所周知，胆甾体液晶（CLC）的反射带宽（Δλ = λmax - λmin）由双折射（Δn = ne - no）和周期（p）决定，其中Δλ = pΔn。然而，由于CLC材料的双折射Δn通常低于0.4，通过调节Δn来调整带宽变得具有挑战性。因此，有必要通过调节CLC材料系统中的周期梯度或周期随机分布来扩展反射带宽。实现非均匀周期分布的方法有多种。在这些方法中，将紫外线吸收剂掺入CLC液晶系统被认为是获得周期梯度分布的有效途径。例如，赵等人通过将有机染料UV-327和无机ZnO纳米粒子混合掺入CLC系统中，制备了具有宽带反射特性的CLC薄膜，使Δλ在最佳样品中扩展到881 nm。类似地，卢等人使用加载有Fe₃O₄纳米粒子的PVA纳米纤维制备了聚合物稳定的胆甾体液晶（PSCLC）薄膜，具有宽带反射性。他们利用Fe₃O₄纳米粒子的紫外线吸收特性，成功将PSCLC薄膜的宽带反射范围从300 nm扩展到476 nm。ZIF-8是一种金属有机框架材料，具有由Zn²⁺和2-甲基咪唑构成的类沸石三维网络结构，具有高化学稳定性、可控的晶体形状、孔径以及大的比表面积，适用于气体分离、化学催化和传感器等广泛应用。尽管其用途广泛，但关于ZIF-8的紫外线吸收特性及其在CLC系统中扩展反射带宽潜力的研究却相对较少。同时，具有宽带反射的CLC薄膜通常是单一功能的。ZIF-8的加入不仅弥补了其紫外线吸收特性，还增强了其三阶非线性吸收的光学特性。

本研究采用傅里叶红外光谱（FTIR）和紫外吸收光谱（UVAS）等表征技术，研究了ZIF-8的紫外吸收特性，探索其潜在的紫外吸收机制。随后，将具有紫外吸收特性的ZIF-8直接引入CLC系统，以扩展反射带宽。ZIF-8的引入使PSCLC薄膜具备有效的红外热控制、紫外线屏蔽以及激光光线的非线性抗饱和吸收。因此，这些薄膜预计可用于智能窗户、涂层、节能建筑和激光防护。本研究通过将ZIF-8引入胆甾体相液晶系统，制备了一种集紫外屏蔽、红外热控制和激光光线非线性吸收于一体的多功能宽带反射膜，为其实际应用提供了宝贵的指导。

文章结论

本研究通过掺入新型ZIF-8紫外线吸收剂制备了CLC宽带反射膜。通过包括XRD、FTIR和紫外吸收光谱分析在内的表征技术，推测了ZIF-8的潜在紫外吸收机制。全面研究了ZIF-8含量、C6M含量、紫外线照射强度、聚合温度和聚合时间等因素对Δλ的影响。结果表明，在最佳聚合条件下，Δλ可以有效地从277 nm扩展到429 nm。这些薄膜展现了卓越的红外和紫外屏蔽性能。此外，通过Z扫描法研究了掺杂ZIF-8的样品薄膜的宽带三阶非线性光学吸收特性。掺杂ZIF-8的宽带反射膜具有强的三阶非线性逆饱和吸收，弥补了胆甾体相液晶宽带反射膜单一功能的缺陷。本研究为扩展ZIF-8的应用领域开辟了新途径，并强调了具有宽带反射性的CLC薄膜在智能窗户、节能建筑、涂层和激光防护中的潜力。

论文信息

Preparation of a Multifunctional Polymer-Stabilized Cholesteric Liquid Crystal Broadband Reflective Film Doped With ZIF-8

Yuzhen Zhao, Dongliang Yang, Yinfu Lu, Kexuan Li, Zhun Guo, Jianjing Gao, Ruijuan Yao, Dong Wang*, Yi Luan*, Hong Gao*

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bte2.20240078

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