扫描电子显微镜/能谱仪和红外光谱仪在液晶调光膜结构分析中的应用

2018-11-08解雅玲夏江南高明珠韩明星

信息记录材料 2018年11期

解雅玲，夏江南，高明珠，韩明星

（中国乐凯集团有限公司研究院河北保定 071054）

1 引言

液晶调光膜是一种新型的功能性光电薄膜材料，又称电控智能调光膜、调光电子窗帘膜，其学名为：聚合物分散液晶，又称为PDLC（polymer dispersed liquid crystal），是在两块透明的薄膜材料之间将液晶以微米量级的小微滴分散在聚合物基体内，经特殊的工艺制作而成。通过施加和不施加电压，实现薄膜在透明和不透明（磨砂）两种外观状态之间的快速切换[1-2]。从而可以使各类建筑的玻璃窗具有了隐私保护性、空间通透性、安全防务性和光线调节性等功能。因此，这类薄膜材料通常应用于高档酒店客房、博物馆、银行、会议室、商店橱窗上。液晶调光膜既可制作成夹胶玻璃和中空玻璃使用，也可在现有玻璃上直接贴膜使用。

SEM在物质微观形貌和结构的分析中具有十分重要的意义，尤其对于多层薄膜材料而言，其断面的微观结构及厚度的测试在很大程度上依赖于SEM制样和测试技术的水平。

FT-IR技术是研究高分子材料结构和组成的重要手段之一。尤其在多层高分子薄膜材料的分析过程中，FT-IR发挥着不可替代的作用。对于一些样品，通过FT-IR技术可以采用直接测试的方法来鉴别样品的结构及各层的成分。

本文的研究对象是一款可直接在玻璃上贴膜使用的液晶调光膜产品。通过FT-IR，并结合SEM/EDS对液晶调光膜进行了结构和各层主要成分的分析。

2 实验部分

2.1 样品的制备

（1）将液晶调光膜样品切成5cm×5cm大小，分别将各层揭开，其中，带有粘结层的薄膜表面用蘸有乙酸乙酯的脱脂棉擦拭干净，晾干，备用。（2）将液晶调光膜样品进行超薄切片，得到的切片表面进行喷金处理，备用。

2.2 分析与测试

（1）红外光谱测试：采用Nicolet iS10红外光谱仪，4000～500cm-1范围扫描，测定样品成分。（2）扫描电镜/能谱测试：采用日立S-3400N扫描电镜/能谱仪，测定液晶调光膜切面、功能层表面形貌、各层厚度及元素组成。

3 结果与分析

液晶调光膜样品经手工剥离结合断面微观SEM/EDS综合测试分析，得到图1所示的结构示意图。

图1 液晶调光膜的断面结构示意图（上：靠近贴玻璃面一端）Fig.1 Schematic of the cross section of the sample

3.1 扫描电镜/能谱分析

（1）样品断面形貌和结构分析

图2所示为液晶调光膜揭掉上、下离型膜后所得样品的断面扫描电镜图从中可以测出各层厚度（从左到右），如表1所示。其中图3为粘结层-4的SEM放大图，其厚度测量值约为1.73μm。

表1 液晶调光膜揭掉上、下离型膜后所得样品各层厚度Tab.1 Thickness of each layer of the sample

图2 液晶调光膜揭掉上、下离型膜后所得样品的断面SEM图Fig.2 SEM image of the cross section of the sample without release layers

图3 液晶调光膜粘结层-4断面的SEM放大图Fig.3 SEM image of adhesive layer-4 (1.73μm)

图4 液晶调光膜功能层断面的SEM放大图Fig.4 SEM image of cross section of the functional layer

图4为液晶功能层的SEM放大图，从中可以清晰地观察到聚合物分散液晶的结构。

（2）液晶功能层表面形貌分析

图5为液晶调光膜样品中功能层表面的扫描电镜图，从EDS测试结果（表2所示）中可以看出此表面的元素成分主要为C和O。

图5 液晶调光膜功能层表面的SEM图Fig.5 SEM image of the surface of the functional layer

图6 上离型膜外表面FTIR谱图Fig.6 FTIR spectra of the outer surface of top release layer

图7 上离型膜内表面FTIR谱图Fig.7 FTIR spectra of the inner surface of top release layer

（3）能谱分析

①功能层表面的能谱分析

图8 保护层-1的FTIR谱图Fig.8 FTIR spectra of the protection layer-1

图9 保护层-2的FTIR谱图Fig.9 FTIR spectra of the protection layer-2

表2 功能层表面各元素的EDS分析结果Tab.2 EDS of the functional layer surface

表3 电极层中的导电层表面各元素的EDS分析结果Tab.3 EDS of the conductive layer surface

图10 电极层-1中基材的FTIR谱图Fig.10 FTIR of the base layer of the electrode layer-1

图11 电极层-2中基材的FTIR谱图Fig.11 FTIR spectra of electrode layer-2

由表3可知，电极层中的导电层表面主要含有C、O和In三种元素，结合由FT-IR谱图分析得到的电极层基材测试结果为PET，因此，推断电极为较常使用的ITO/PET。但其中的Sn元素可能由于含量较低而未检测到。

②电极层中导电层表面的能谱分析

图12 下离型膜外表面的FTIR谱图Fig.12 FTIR spectra of the outer surface of lower release layer

图13 下离型膜内表面的FTIR谱图Fig.13 FTIR spectra of inner surface of the lower release layer

图14 粘结层-1的FTIR谱图Fig.14 FTIR spectra of adhesive layer-1

图15 粘结层-2的FTIR谱图Fig.15 FTIR spectra of adhesive layer-2

3.2 FT-IR测试分析

由图6～11所示的红外谱图可知，此液晶调光膜样品中，上离型膜，上、下保护层以及上、下电极层的基材均为PET薄膜。1717cm-1左右的吸收峰为羰基的伸缩振动峰，1254cm-1左右的吸收峰为C-C-O的不对称伸缩振动吸收峰。1126cm-1和1022cm-1左右出现的双峰是O-CH2-CH2不对称伸缩振动吸收峰。受到羰基基团的影响，苯环上C-H摇摆振动吸收峰出现在726cm-1左右处。

由图12和13所示的红外谱图分析可知，样品的下离型膜外表面为聚丙烯（PP），内表面为聚乙烯（PE）。

图14～17所示为各粘结层的红外谱图，谱图分析结果显示粘结层-1（图14）为聚二甲基硅氧烷，粘结层-2（图15）、粘结层-3（图16）和粘结层-4（图17）均为聚丙烯酸酯类胶黏剂。

图16 粘结层-3的FTIR谱图Fig.16 FTIR spectra of adhesive layer-3

图17 粘结层-4的FTIR谱图Fig.17 spectra of adhesive layer-4

由图18所示的FT-IR谱图分析可知功能层中聚合物为聚氨酯。其中，3400cm-1处为氨基VN-H的吸收峰；1729cm-1是酯基中的VC=O的吸收峰；1510cm-1是氨基的变形振动峰；1250cm-1处是氨酯基的VC-O伸缩振动峰，这些特征峰表明氨酯键存在；1454cm-1为脲基甲酸酯C=O的伸缩振动峰，说明聚氨酯主链中可能有脲基甲酸酯；1105cm-1处可能为C-O-C醚链的强吸收峰[2]。图18中，部分吸收峰可能为液晶材料所含官能团的存在引起的。