本發(fā)明涉及一種用于藍(lán)相液晶中的碳點(diǎn)材料及其制備方法，還涉及一種包含該碳點(diǎn)材料的藍(lán)相液晶組合物，屬于液晶顯示器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
藍(lán)相液晶是某些液晶類物質(zhì)具有的一種特殊相態(tài)，其結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是，各個(gè)相鄰液晶分子之間都攢在旋轉(zhuǎn)角度，分子之間的排列取向不但在螺軸方向發(fā)生扭曲，同時(shí)還在沿著螺軸垂直的方向發(fā)生扭曲，該方式稱為雙螺旋結(jié)構(gòu)；正是由于藍(lán)相液晶這種雙螺旋結(jié)構(gòu)使其在不加電時(shí)表現(xiàn)出各向同性的特點(diǎn)，與其它液晶材料相比，這種特點(diǎn)具有一些突出的優(yōu)勢：(1)沒有相位差，具有廣視角；(2)省去聚酰亞胺(PI)材料及制程，降低成本；(3)暗態(tài)效果好，具有高對比度；(4)響應(yīng)時(shí)間快，可達(dá)到亞毫秒級(jí)；
但是藍(lán)相液晶這種雙螺旋結(jié)構(gòu)不可能排列布滿整個(gè)空間，液晶分子在沿著雙螺旋柱的柱軸方向能夠一直保持有序排列，因而是可以無限延伸的，但是在截面半徑方向，越靠外越無法保持有序的旋轉(zhuǎn)排列，延伸是有限的，正是這一邊界構(gòu)成了圓柱的曲面。所以，可以認(rèn)為雙螺旋結(jié)構(gòu)形成圓柱狀，這些圓柱再進(jìn)行排列。在圓柱和圓柱之間，必然存在一部分“屈服”區(qū)域，稱為“缺陷線”，在缺陷線結(jié)構(gòu)中，分子排列并不像圓柱中那樣理想，而是呈完全無序的各向同性相，這部分缺陷結(jié)構(gòu)構(gòu)成了體系中自由能較高的不穩(wěn)定區(qū)域。
由于這些能量結(jié)構(gòu)的缺陷，造成液晶藍(lán)相溫度范圍過窄，驅(qū)動(dòng)電壓過高的問題。為解決藍(lán)相液晶溫域過窄的原因，有人提出了在藍(lán)相液晶中加入納米顆粒的方法，這種方法雖然可以降低雙螺旋軸排列的液晶分子與體系內(nèi)缺陷之間的表面張力，拓寬了溫域，但是也給藍(lán)相液晶帶來了一些不利的因素，如驅(qū)動(dòng)電壓過高、相變點(diǎn)升高或材料容易劣化等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N碳點(diǎn)材料，該碳點(diǎn)材料具有核殼結(jié)構(gòu)，核結(jié)構(gòu)為碳材料，是所述碳點(diǎn)材料的中心；殼結(jié)構(gòu)為修飾基團(tuán)。將該碳點(diǎn)材料加入到藍(lán)相液晶中，可填充藍(lán)相液晶的能量缺陷，降低雙螺旋軸排列的液晶分子與體系內(nèi)缺陷之間的表面張力，拓寬了藍(lán)相液晶的溫度范圍；同時(shí)，由于該碳點(diǎn)材料熱穩(wěn)定性較好，不具有分散上下兩基板電壓的特性，因此在填充能量缺陷的同時(shí)還可以降低藍(lán)相液晶的閾值電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于藍(lán)相液晶中的碳點(diǎn)材料，所述碳點(diǎn)材料具有核殼結(jié)構(gòu)，其中核為碳材料，殼為修飾基團(tuán)，所述修飾基團(tuán)包括至少一個(gè)R和R’；所述R包括C3-20的取代或未取代的直鏈或支鏈烷基中的一種或多種，其中的一個(gè)或多個(gè)CH2基團(tuán)可任選地被亞苯基、亞環(huán)烷基、-O-、-CONH-、-CO-、-COO-、-OCO-或-CH＝CH-基團(tuán)取代，其中的一個(gè)或多個(gè)氫原子可任選地被氟原子或氯原子取代；所述R’為羧基。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述碳材料包括石墨烯和/或碳納米管。
在一些具體的實(shí)施例中，所述碳材料的粒徑為2-7nm。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述碳點(diǎn)材料的結(jié)構(gòu)通式可以表示為如式Ⅰ所示：
根據(jù)本發(fā)明的碳點(diǎn)材料，上述結(jié)構(gòu)通式僅是示意性的，并不限定本發(fā)明的碳點(diǎn)材料。R和R’的個(gè)數(shù)可以為一個(gè)或多個(gè)，R基團(tuán)彼此相同或不同，選自C3-20的取代或未取代的直鏈或支鏈烷基中的一種或多種，其中的一個(gè)或多個(gè)CH2基團(tuán)可任選地被亞苯基、亞環(huán)烷基、-O-、-CONH-、-CO-、-COO-、-OCO-或-CH＝CH-基團(tuán)取代，其中的一個(gè)或多個(gè)氫原子可任選地被氟原子或氯原子取代；R’為羧基；R和R’的位置并不固定，可任意地分布在所述碳材料的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，適用于本發(fā)明的具體的碳點(diǎn)材料可選自
和中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明的碳點(diǎn)材料，上述列舉的結(jié)構(gòu)式僅是示意性的，修飾基團(tuán)的個(gè)數(shù)可以為一個(gè)或多個(gè)，各修飾基團(tuán)的位置并不固定，可任意地分布在所述碳材料的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例，所述碳點(diǎn)材料的粒徑為2-10nm，優(yōu)選為4-6nm。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種上述碳點(diǎn)材料的制備方法，包括：
S1：將含有羧基的化合物和含有胺基的化合物混合反應(yīng)，得到含有沉淀的混合液；
S2：對所述含有沉淀的混合液進(jìn)行分離處理，對得到的沉淀進(jìn)行煅燒和提純處理，得到含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物；
S3：用所述含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物對碳材料進(jìn)行修飾，得到所述碳點(diǎn)材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，對于步驟S1沒有特別的限定，可按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行。例如，將含有羧基的化合物和含有胺基的化合物分別溶于有機(jī)溶劑a中，然后混合反應(yīng)，得到含有沉淀的混合液。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述含有羧基的化合物和含有胺基的化合物的質(zhì)量之比為1:1-4。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述含有羧基的化合物選擇檸檬酸。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述含有胺基的化合物的結(jié)構(gòu)通式為R-NH2，其中R包括C3-20的取代或未取代的直鏈或支鏈烷基中的一種或多種，其中的一個(gè)或多個(gè)CH2基團(tuán)可任選地被亞苯基、亞環(huán)烷基、-O-、-CONH-、-CO-、-COO-、-OCO-或-CH＝CH-基團(tuán)取代，其中一個(gè)或多個(gè)氫原子可任選地被氟原子或氯原子取代。
在一些具體的實(shí)施例中，所述含有胺基的化合物選自
和中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，對于所述有機(jī)溶劑a沒有特別的限定，可選擇本領(lǐng)域常用的有機(jī)溶劑例如甲醇、乙醇中的一種或多種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于所述步驟S2沒有特別的限定，可按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行。例如，對所述含有沉淀的混合液進(jìn)行固液分離處理，將得到的沉淀在200-300℃的溫度下煅燒處理1-3h，然后用有機(jī)溶劑提純煅燒后的產(chǎn)物，得到含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對所述含有沉淀的混合液進(jìn)行固液分離處理，將得到的沉淀在250℃的溫度下煅燒處理2h，然后分別用甲醇和丙酮提純煅燒后的產(chǎn)物，得到粗產(chǎn)物。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式，所述步驟S3包括：將所述含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物和碳材料分別溶解于有機(jī)溶劑b中，然后混合，利用所述含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物對所述碳材料的表面進(jìn)行修飾，然后除去溶劑，即得。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述碳材料包括碳材料。
在一些具體的實(shí)施例中，所述碳材料的粒徑為2-7nm。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述有機(jī)溶劑b包括烷烴類有機(jī)溶劑中的一種或多種，在一些具體的實(shí)施例中，包括己烷、戊烷、丁烷等中的一種或多種。
在一些具體的實(shí)施例中，將所述含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物和碳材料分別溶解于己烷中，然后混合并進(jìn)行超聲處理，利用所述含有修飾基團(tuán)的粗產(chǎn)物對所述碳材料的表面進(jìn)行修飾，然后除去正己烷，得到固體；將所述固體在60-70℃下干燥3h，即得。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種藍(lán)相液晶組合物，包括藍(lán)相液晶和上述碳點(diǎn)材料，所述碳點(diǎn)材料為通過上述方法制備的碳點(diǎn)材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述碳點(diǎn)材料占所述藍(lán)相液晶組合物的質(zhì)量百分比為0.5％-5％，優(yōu)選為1％-3％，更優(yōu)選為2％。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種藍(lán)相液晶組合物在液晶顯示器技術(shù)中的應(yīng)用，包括將上述藍(lán)相液晶組合物用于液晶顯示器技術(shù)中。
本申請的碳點(diǎn)材料具有核殼結(jié)構(gòu)，核結(jié)構(gòu)為碳材料，是所述碳點(diǎn)材料的中心；殼結(jié)構(gòu)為修飾基團(tuán)。將該碳點(diǎn)材料加入到藍(lán)相液晶中，可填充藍(lán)相液晶的能量缺陷，降低雙螺旋軸排列的液晶分子與體系內(nèi)缺陷之間的表面張力，拓寬了藍(lán)相液晶的溫度范圍；同時(shí)，由于該碳點(diǎn)材料熱穩(wěn)定性較好，不具有分散上下兩基板電壓的特性，因此在填充能量缺陷的同時(shí)還可以降低藍(lán)相液晶的閾值電壓。
附圖說明
圖1為本發(fā)明碳點(diǎn)材料的制備流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作一步的說明。
實(shí)施例1
1.制備碳點(diǎn)材料：
(1)將1.0g檸檬酸和1.0g分別溶解在10mL甲醇和15mL甲醇中，然后將溶解好的胺鹽溶解滴加到酸溶液中，得到含有白色沉淀物的混合液A；
(2)對混合液A進(jìn)行分離提純后得到產(chǎn)物B，再將得到的產(chǎn)物B在250℃煅燒2h，然后分別用甲醇、丙酮提純后得到產(chǎn)物C；
(3)將產(chǎn)物C溶解在正己烷中，同時(shí)與在己烷中溶解好的碳材料混合進(jìn)行超聲處理，最后將混合溶解中的正己烷除去，產(chǎn)物在65℃下干燥3h，得到碳點(diǎn)材料。
2.制備藍(lán)相液晶組合物
將上述制備好的碳點(diǎn)材料添加到藍(lán)相液晶中，所述碳點(diǎn)材料占藍(lán)相液晶組合物的質(zhì)量百分比為2％，即得。
作為選擇，本實(shí)施例中的檸檬酸還可以替換為本領(lǐng)域常見有機(jī)酸等中的一種或多種，十二胺還可以替換為
中的一種或多種；步驟(1)中的甲醇還可以替換為乙醇、丙醇等本發(fā)明內(nèi)容中提到的有機(jī)溶劑a中的一種或幾種；其中，酸和胺的質(zhì)量比還可以選擇如1:2、1:3或1:4等范圍在1:1-1:4之間的數(shù)值；
作為選擇，本實(shí)施例中對產(chǎn)物B的煅燒溫度還可以選擇如230℃、270℃或300℃等范圍在200-300℃之間溫度值，煅燒時(shí)間還可以選擇如1h、1.5h或2.5h等范圍在1-3h之間的時(shí)間值；
作為選擇，本實(shí)施例中的正己烷還可以替換為戊烷、丁烷等本發(fā)明內(nèi)容中提到的有機(jī)溶劑b中的一種或幾種；干燥溫度還可以選擇如60℃、63℃或67℃等范圍在60-7℃之間的溫度值，干燥時(shí)間還可以選擇2.5h或3.5h等范圍在2-4h之間的時(shí)間值；
作為選擇，本實(shí)施例中碳點(diǎn)材料占藍(lán)相液晶組合物的質(zhì)量百分比為還可以替換為1％、2.5％或3％等范圍在0.5％-5％的數(shù)值。
經(jīng)檢測，本實(shí)施例制備的藍(lán)相液晶組合物的驅(qū)動(dòng)電壓為15～20V，溫度范圍為4～6℃；而未添加本申請?zhí)键c(diǎn)材料的藍(lán)相液晶驅(qū)動(dòng)電壓為40～60V，溫度范圍為1～2℃。
在本發(fā)明中的提到的任何數(shù)值，如果在任何最低值和任何最高值之間只是有兩個(gè)單位的間隔，則包括從最低值到最高值的每次增加一個(gè)單位的所有值。例如，如果聲明一種組分的量，或諸如溫度、壓力、時(shí)間等工藝變量的值為50-90，在本說明書中它的意思是具體列舉了51-89、52-88……以及69-71以及70-71等數(shù)值。對于非整數(shù)的值，可以適當(dāng)考慮以0.1、0.01、0.001或0.0001為一單位。這僅是一些特殊指明的例子。在本申請中，以相似方式，所列舉的最低值和最高值之間的數(shù)值的所有可能組合都被認(rèn)為已經(jīng)公開。
應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。通過參照典型實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對本發(fā)明進(jìn)行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實(shí)施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā)明可擴(kuò)展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。