Cristalli liquidi dispersi in polimeri

Cristalli liquidi dispersi in polimeri: un’introduzione

I cristalli liquidi dispersi in polimeri (PDLC) sono materiali compositi ampiamente utilizzati in diverse applicazioni, che vanno dai display ai vetri intelligenti. Questi materiali presentano un sottile film disomogeneo di goccioline di cristalli liquidi nematici, dispersi casualmente e integrati in una matrice polimerica isotropica vetrosa.

Le caratteristiche peculiari dei cristalli liquidi dispersi in polimeri

Introdotto per la prima volta nel 1984 da James Fergason, questo tipo di compositi uniscono le proprietà uniche dei cristalli liquidi alla robustezza offerta dalla matrice polimerica. La peculiarità principale dei cristalli liquidi dispersi in polimeri è la capacità di modulare la trasmissione della luce in base all’intensità di un campo elettrico esterno.

Modulazione della trasmissione della luce

Regolando l’intensità del campo elettrico, un film di cristalli liquidi dispersi in polimeri può passare da uno stato altamente dispersivo e opaco a uno completamente trasparente. Questo cambiamento avviene grazie alla capacità delle molecole di cristalli liquidi di orientarsi in modo specifico in risposta alla tensione applicata.

Preparazione dei cristalli liquidi dispersi in polimeri

I cristalli liquidi dispersi in polimeri vengono preparati utilizzando miscele di cristalli liquidi nematici a basso peso molecolare, che vengono dispersi in film polimerici come l’alcool polivinilico, il polivinilacetato e i copolimeri acrilici. Esistono principalmente due metodi di preparazione: la separazione di fase e l’incapsulamento.

Separazione di fase

Il metodo della separazione di fase prevede l’inizio con una soluzione omogenea e isotropa, seguita da un processo di separazione in cui le fasi si separano, creando una distribuzione disomogenea di cristalli liquidi nella matrice polimerica.

In conclusione, i cristalli liquidi dispersi in polimeri rappresentano una soluzione innovativa per applicazioni che richiedono la modulazione della trasmissione della luce in modo dinamico e controllato.

Tecniche di incapsulamento per la formazione di film PDLC

L’incapsulamento dei cristalli liquidi in polimeri per la produzione di film PDLC avviene attraverso un processo complesso che coinvolge diverse fasi. Inizialmente, si parte da una soluzione non omogenea contenente cristalli liquidi dispersi. Questa miscela viene agitata rapidamente per formare un’emulsione all’interno di una soluzione acquosa di polimero, come il polivinilacetato, in grado di creare film sottili.

Successivamente, questa emulsione viene depositata su un substrato conduttivo trasparente, come una lastra di vetro rivestita da uno strato conduttivo di ossido di indio-stagno (ITO), che conferisce alla struttura stabilità e trasparenza. La deposizione dell’ITO avviene solitamente mediante spruzzatura catodica seguita da un processo di essiccazione.

Durante questa fase, si formano migliaia di goccioline non uniformi, circondate dalla matrice solida del polimero. La dimensione e la distribuzione di queste goccioline dipendono dalla velocità e dal tempo di agitazione durante la fase iniziale del processo.

Proprietà di diffusione della luce nei film PDLC

A differenza dei dispositivi tradizionali a cristalli liquidi basati sulla birifrangenza, i film PDLC sfruttano gli effetti di diffusione della luce. Questi film possono passare da uno stato trasparente a uno stato di diffusione della luce attraverso l’applicazione di un campo elettrico.

Quando non vi è campo elettrico, le goccioline presentano orientamenti casuali. Tuttavia, l’applicazione di una tensione superiore alla tensione di soglia porta all’allineamento della maggior parte delle goccioline lungo il campo elettrico applicato, mentre le goccioline situate sull’interfaccia polimero-LC mantengono un diverso orientamento dovuto alle forze di ancoraggio.

Con l’aumento della tensione oltre la saturazione, tutti i direttori si allineano lungo il campo elettrico, consentendo alla luce di attraversare una pellicola chiara e trasparente. La proprietà di diffusione della luce dipende da vari parametri, come la forma e le dimensioni delle goccioline LC, la configurazione delle goccioline, la densità delle goccioline e gli indici di rifrazione del polimero e dei cristalli liquidi.

Conclusioni

In conclusione, il processo di incapsulamento e la formazione dei film PDLC offrono interessanti prospettive nell’ambito dei dispositivi ottici e delle tecnologie display. La combinazione di cristalli liquidi e polimeri consente di ottenere materiali flessibili e innovative che sfruttano efficacemente le proprietà ottiche dei cristalli liquidi. La continua ricerca e sviluppo in questo settore promettono nuove applicazioni e miglioramenti nella produzione di film PDLC.