通过多辊成型工艺制备PDLC（聚合物分散液晶）和PSCLC（聚合物散射液晶）双层薄膜，用于建筑中的节能型智能窗户及隐私保护功能

《Applied Materials Today》：Multi-roll forming to prepare PDLC & PSCLC dual-layer films for energy-efficient and privacy-protecting smart windows in buildings

本研究开发了一种基于聚分散液晶（PDLC）和聚合物稳定胆甾液晶（PSCLC）的双层智能窗，采用多辊成型工艺。该设计结合PDLC的动态光散射和PSCLC对近红外（NIR）的选择性反射，实现隐私保护与热绝缘的协同优化，具有快速响应、结构稳定及大规模生产能力，为智能建筑应用提供了新策略。

　　随着全球对可持续和舒适生活环境的需求不断增加，智能窗户作为现代建筑设计中的关键组件，正受到越来越多的关注。智能窗户能够结合能源效率与隐私保护功能，从而有效提升室内环境的舒适度并降低建筑能耗。在本研究中，研究人员采用多卷成型工艺，开发了一种基于聚合物分散液晶（PDLC）和聚合物稳定螺旋液晶（PSCLC）薄膜的双层智能窗户。这种结构结合了PDLC和PSCLC各自的优异光学特性，其中PDLC层通过动态光散射实现隐私保护功能，而PSCLC层则通过选择性反射近红外（NIR）光，提高能源效率并减少热传递。多卷成型工艺确保了薄膜的高度均匀性和结构稳定性，从而促进了大规模生产的可行性。

研究团队对双层智能窗户的光学性能、热绝缘性和电光响应进行了系统分析。结果显示，双层设计在近红外光屏蔽性能、快速开关速度以及长期运行稳定性方面表现出色。通过多卷成型技术将PDLC和PSCLC层集成在一起，为开发适用于现代建筑应用的高效节能且具有隐私保护功能的智能窗户提供了一种有前景的策略。这一技术不仅提升了智能窗户的综合性能，还解决了传统单层结构在功能集成方面的局限性。

在众多智能窗户技术中，基于液晶的系统，尤其是PDLC和PSCLC，因其可调的光学性能、快速的开关速度以及低工作电压而备受青睐。PDLC系统依赖于嵌入在聚合物基质中的液晶微滴的光散射效应。在无电场作用时，液晶的随机取向导致入射光发生散射，使窗户呈现不透明状态；当施加电场时，液晶排列有序，允许光线通过，使窗户变得透明。这种动态控制的光透射特性使得PDLC智能窗户在隐私保护方面表现出色。相比之下，PSCLC系统则利用螺旋液晶的螺旋结构实现独特的选择性光反射。通过调整螺旋结构的周期梯度和聚合物网络结构，可以调节PSCLC的反射带宽和中心反射波长，从而实现对近红外光的有效反射，提高热绝缘性能并减少热传递。PSCLC系统还能够实现颜色可调的反射，并且在电场作用下可逆地切换，使其在节能和隐私保护方面具有广泛应用前景。

尽管PDLC和PSCLC系统各自具有优势，但单一成分的液晶智能窗户仍然存在固有的局限性。PDLC系统虽然在隐私保护和动态光透射控制方面表现优异，但在热绝缘和光谱选择性方面效果有限。而PSCLC系统则在光反射和热屏蔽方面具有显著优势，但其透明度调节能力以及隐私保护功能相对较弱。因此，将PDLC和PSCLC整合到同一智能窗户中，可以充分发挥两者的优势，实现动态光散射以保障隐私保护，以及选择性近红外反射以增强热绝缘性能。近年来，研究人员尝试通过旋涂法等方法制备双层结构，这些方法在小规模实验中取得了良好效果，但在实现大面积均匀性和可扩展性方面面临挑战。相比之下，本研究采用的多卷成型工艺能够通过PET中间层连续地将PDLC和PSCLC层进行整合，不仅提高了工艺效率，还增强了对大规模工业生产的兼容性。

然而，制备这种双层结构仍然面临诸多挑战，包括确保薄膜的均匀性、维持结构稳定性以及实现可扩展的生产。为此，研究人员已经尝试多种方法来克服这些困难，以开发兼具PDLC与PSCLC优势的智能窗户。例如，Zhang等人制备了一种聚合物分散液晶与聚合物稳定液晶共存系统，其中聚合物壁形成了PDCLC微结构，而液晶聚合物网络构建了PSCLC系统。低频电场能够诱导CLC进入无序状态并发生光散射，而在移除电场后，分子取向得以恢复，光透射率随之提高。该研究为可切换复合材料提供了一种新的思路，适用于反向模式的智能窗户。Li等人则通过分步的紫外引发自由基/阳离子聚合策略，成功构建了一种聚合物分散与稳定螺旋液晶共存系统，所制备的薄膜表现出低驱动电压、快速响应速度以及良好的机械强度，显示出在智能窗户和柔性显示领域的应用潜力。然而，这种原位共存方法在固化过程中会将两种功能相耦合，可能导致光学和功能上的相互干扰，限制配方的灵活性，并且在扩大生产规模方面存在困难。相比之下，本研究采用多卷成型工艺，分别制备PDLC和PSCLC层，并通过PET中间层进行集成，从而实现了各层的独立优化、功能分离，并提高了对大规模、连续制造的适应性。

在材料与样品制备方面，本研究使用的商业向列型液晶SLC1717由石家庄诚志永华液晶材料有限公司（中国）提供，其透明各向同性点（TNI）为365 K，正常光轴的折射率为1.519，异常光轴的折射率为1.720。此外，手性剂Q和紫外可聚合单体1,4-双[4-(6-丙烯酰氧己基氧)苯甲酰氧]-2-甲基苯（C6M）则由南京莱宝科技有限公司提供。紫外吸收剂的引入是为了进一步优化PSCLC层的性能，确保其在特定波长范围内能够实现高效的光反射。通过精确控制这些材料的配比以及聚合条件，研究人员成功制备了具有优异光学性能的PDLC和PSCLC单层薄膜。随后，通过多卷成型工艺将两种薄膜进行整合，实现了双层结构的稳定性和均匀性。

为了进一步优化PSCLC层的反射带宽，研究团队对单层系统的光学性能进行了深入探索。PSCLC的光学性能主要受到液晶聚合物配方和聚合条件的影响。为了获得具有优异宽带反射性能的PSCLC薄膜，研究人员对手性剂含量（Q）、聚合物网络（C6M）含量以及紫外吸收剂（UV-P）含量进行了系统研究。通过调整这些参数，可以有效调控PSCLC的反射带宽，使其在更广泛的波长范围内实现高效的光反射。此外，研究人员还对紫外聚合强度进行了优化，以确保PSCLC层在固化过程中能够形成稳定的螺旋结构，从而提升其光学性能和功能稳定性。

在本研究中，通过多卷成型工艺成功制备了双层PDLC与PSCLC复合薄膜。这种结构不仅结合了PDLC的优异电光性能和PSCLC的高选择性反射特性，还通过PET中间层实现了各层的独立优化。实验结果显示，PDLC样品在电场作用下能够实现高对比度、低驱动电压和快速响应，而PSCLC样品则表现出优异的宽带反射能力。PET中间层的引入确保了各层功能的独立性，避免了光学和功能上的相互干扰，同时提升了薄膜的整体稳定性。此外，多卷成型工艺的高均匀性和可扩展性为智能窗户的大规模生产提供了坚实的基础，使其在建筑节能和隐私保护方面具有广阔的应用前景。

研究团队在实验过程中还对双层结构的热绝缘性能进行了系统评估。结果显示，双层设计在保持良好机械强度和光学均匀性的同时，能够有效减少热传递，提升能源效率。通过PDLC和PSCLC的协同作用，智能窗户在不同环境条件下能够实现动态调节，既能够根据需要提供隐私保护，又能够通过选择性反射近红外光来优化热绝缘性能。这种功能的结合不仅提高了智能窗户的实用性，还为未来的智能建筑技术发展提供了新的方向。

此外，研究团队还对双层结构的稳定性进行了深入研究。实验表明，通过多卷成型工艺制备的PDLC和PSCLC复合薄膜在长期运行过程中表现出良好的稳定性，能够满足实际应用的需求。这种稳定性不仅体现在材料本身的结构特性上，还与多卷成型工艺的精确控制密切相关。通过优化工艺参数，研究人员成功避免了传统方法中常见的层间结合不牢固、光学性能不稳定等问题，确保了双层结构在实际应用中的可靠性。

本研究的成果为智能窗户技术的发展提供了新的思路。通过结合PDLC和PSCLC的优势，研究人员成功开发了一种具有优异性能的双层智能窗户。这种结构不仅能够实现动态光透射和热绝缘的双重功能，还能够满足现代建筑对节能环保和隐私保护的双重需求。此外，多卷成型工艺的引入为智能窗户的大规模生产提供了可行的技术路径，使其在实际应用中具有更高的经济性和可推广性。未来，随着材料科学和制造工艺的进一步发展，这种双层智能窗户有望在更广泛的建筑领域中得到应用，为智能建筑的可持续发展提供有力支持。