臺灣博碩士論文加值系統

本論文探討在不同相態下聚合與改變曝光強度時所形成的高分子網絡結構，進行光聚合的條件包含：(1)低光強(~100 μW/cm2)/均向態；(2)低光強/霧狀藍相；(3)低光強/晶格藍相；(4)低光強/膽固醇相；(5)高光強(~5 mW/cm2)/霧狀藍相；(6)高光強/晶格藍相。本文針對這六種情況下所形成的高分子網絡結構，討論對藍相溫度範圍的影響。
實驗結果顯示，不同情況下聚合的高分子網絡結構對於穩固藍相結構的影響，有下列三種結果：(1)破壞藍相結構，使其藍相溫寬縮減或消失；(2)不影響霧狀藍相，穩固晶格藍相，使其溫寬約達2倍(~15 °C)；(3)不影響霧狀藍相，穩固晶格藍相，使其溫寬超過60 °C。在相同曝光光強(低光強)下，發現聚合相態為膽固醇相時，其高分子網絡結構由尖銳狀的高分子鏈所組成，會使藍相溫寬縮減或消失；聚合相態為均向態/霧狀藍相/晶格藍相時，其高分子網絡結構則由高分子塊所連結組成，不影響霧狀藍相，穩固晶格藍相，使其溫寬約達2倍(~15 °C)。在不同的曝光光強下，於藍相下聚合的高分子網絡結構，其高分子鏈的直徑有明顯的差異，低光強下聚合形成的高分子鏈直徑約500 nm；高光強下聚合形成的高分子鏈直徑約50 nm。在高光強下聚合形成的高分子網絡結構能更有效穩固晶格藍相結構，將其溫寬拓展超過60 °C，但仍不影響霧狀藍相的結構。
藉由以上初步的探討並統整在不同情況下聚合形成的高分子網絡，確認不同的高分子網絡結構與藍相結構間的關係，作為日後研究的參考。

This thesis focuses on studying the surface morphology of the polymer structure, being constructed under different liquid-crystal phases and ultra-violet light intensity: (1)low ultra-violet light intensity(~100 μW/cm2)/isotropic liquid phase; (2) low ultra-violet light intensity/amorphous blue phase; (3) low ultra-violet light intensity/cubic blue phase; (4) low ultra-violet light intensity/chrial nematic phase; (5) high ultra-violet light intensity(~5 mW/cm2)/ amorphous blue phase; (6) high ultra-violet light intensity/ cubic blue phase.
In different polymerization processes, there are three experimental results are observed in this thesis: (1) the temperature range of blue phase become narrow after polymerzation; (2)the temperature range of amorphous blue phase remains before and after polymerization, but the temperature range of cubic blue phase would be double (~15 °C) after polymerization; (3) the temperature range of amorphous blue phase remains before and after polymerization, but the temperature range of cubic blue phase would be extend over 60 °C after polymerization. By studying the morphologies of the polymer-network structures in these samples, one will know that for blue phase with 60C the diameter of the polymer chain is less than 50 nm and the polymer network is denser. The conlusion in this these will show the relation between the morphology of the polymer network and the temperature range of the different blue phases.

目錄
致謝 i
摘要 ii
Abstract iv
目錄 vi
圖目錄 ix
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1-1液晶(Liquid Crystal) 1
1-2 液晶的物理特性 2
1-3藍相液晶(Blue-Phase Liquid Crystal) 5
1-4藍相溫寬的拓寬 6
1-5掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy；SEM)之應用 10
1-6論文研究重點及目的 16
第二章 理論 18
2-1蘭道-熱納理論(Landau-de Gennes Theory)[13, 14] 18
2-1.1液晶中蘭道-熱納理論的基本概念[13, 14] 18
2-2摻雜異相材料填補藍相缺陷線自由能之探討 19
2-2.1藍相缺陷線自由能理論[15] 20
2-2.2將異相材料摻入藍相後的自由能[12] 21
2-2.3介面自由能的影響[12] 23
第三章 實驗架構 27
3-1實驗材料 27
3-2製作高分子聚合結構樣品 28
3-2.1觀察液晶相態 28
3-2.2曝光製程 29
3-3高分子聚合結構的形成 30
3-3.1拍攝高分子聚合結構的前置作業 30
3-3.2利用掃描式電子顯微鏡觀察高分子聚合結構[20] 32
第四章 實驗結果 36
4-1不同液晶相態下聚合的高分子網絡樣品 37
4-2觀察高分子結構於霧狀藍相與膽固醇相下所形成的形貌 44
4-2.1在霧狀藍相下進行光聚合效應：高分子結構形貌的再現性 45
4-2.2在膽固醇相下聚合的高分子網絡再現性 53
4-3紫外光強對高分子網絡形貌與藍相液晶溫度範圍之影響 56
4-4 高分子網絡結構穩固藍相結構之探討 63
第五章 結論 68
參考資料 70
附錄 A 74
附錄 B 81
附錄 C 83














圖目錄
圖1-1.1 (a)向列型液晶；(b)層列型液晶Smectic A和(c) Smectic C。 1
圖1-2.1 為單光軸介質的折射率橢圓示意圖。 2
圖1-2.2 (a)負型液晶；(b)正型液晶，在垂直電場下液晶分子的行為。 3
圖1-2.3 向列型液晶的三種彈性形變示意圖：(a)扇張(splay)；(b)扭曲(twist)；(c)彎曲(bend)。 4
圖1-3.1 雙螺旋圓柱體(double twist cylinder；DTC)。 5
圖1-3.2 (a)BPI和BPII的DTC堆疊模型；(b)BPI和BPII的DTC堆疊間缺陷形成的晶格結構[2]。 6
圖1-4.1 DTC堆疊造成的缺陷線分佈[3]。 7
圖1-4.2 Symmetric and non-symmetric bimesogens的通用化學結構[4]。 8
圖1-4.3 T-shape分子結構[5]。 9
圖1-4.4 (a)BPI的DTC堆疊模型；(b)BPI的DTC堆疊間缺陷形成的晶格結構；(c)高分子聚合示意圖[6]。 9
圖1-5.1 文獻中的高分子網絡結構[7]，(a)在無表面配向的玻璃基板上之高分子網絡，其形貌像似水蓮；(b)為(a)的放大圖；(c)在有表面配向的玻璃基板上之高分子網絡，其形貌像似海綿；(d)為(c)的放大圖。 11
圖1-5.2 文獻中用正己烷(n-Hexane)與丙酮(Acetone)清洗液晶於不同的時間之比較圖[8]，使用正己烷清洗之高分子網絡俯視圖(a)-(d)；側視圖(a’)-(d’)，使用丙酮清洗之高分子網絡俯視圖(e)-(h)；側視圖(e’)-(h’)。由圖可發現用正己烷清洗超過30秒後的高分子網絡已清晰可見，而用丙酮清洗達90秒時，高分子網絡已有破壞的跡象。 12
圖1-5.3 文獻中用正己烷於不同溫度下清洗液晶之比較圖[8]，其高分子網絡層的厚度隨溫度的上升而下降。 13
圖1-5.4 文獻中的高分子網絡結構[9]，其為PNLC在樣品盒中洗淨液晶並烘乾後所拍攝之圖。 14
圖1-5.5 文獻中的高分子網絡結構[10]。 15
圖1-5.6 高分子網絡內的液晶導軸分佈示意圖[10]，(a)高分子網絡聚合前(T > TC)；(b)高分子網絡聚合後(T > TC)；(c)高分子網絡聚合後(T < TC)；(d)高分子網絡聚合後，且有外加電場(T < TC)。 15
圖2-2.1 在摻入體積比為 ϕ 的異相材料之藍相液晶相態分布圖[12]。 25
圖3-1.1 S(R)811的化學分子結構[18]。 28
圖3-1.2 RM257的化學分子結構[19]。 28
圖3-2.1 觀察液晶相態的架構示意圖。 29
圖3-2.2 曝光樣品架構示意圖。 30
圖3-3.1 觀察高分子網絡結構的前置工作流程圖。 31
圖3-3.2 開盒示意圖。 32
圖3-3.3 掃描式電子顯微鏡構造示意圖[20]。 33
圖3-3.4 調整工作距離示意圖[20]。 34
圖4-1.1 聚合前後藍相溫寬變化比較圖，(a)聚合前，未加入高分子單體前的液晶混合物(LCM05/R811 30 wt%)；聚合後，LCM05/R811(30 wt%)/RM256 (6wt%)樣品， (b)No.1；(c)No.2。 39
圖4-1.2 在正交偏光顯微鏡下，樣品曝光前後的照片，(a) – (d)曝光前；(e) – (h)曝光後。 40
圖4-1.3 不同相態下聚合的高分子網絡結構(霧狀晶格：No.1；晶格藍相：No.2；膽固醇相：No.5)。 41
圖4-2.1 聚合前後藍相溫寬變化比較圖，(a)聚合前，未加入高分子單體前的液晶混合物LCM10/S811 (25wt%)；聚合後， LCM10/S811(25 wt%)/RM257 (6wt%)樣品，(b)No.6；(c)No.7。 46
圖4-2.2 在霧狀藍相下聚合的高分子網絡結構對照圖。 47
圖4-2.3 聚合前後藍相溫寬變化比較圖，(a)聚合前，未加入高分子單體前的液晶混合物LCM05/R811(30wt%)；聚合後，LCM05/R811(30 wt%) /RM257(6wt%)樣品 (b)No.1；(c)No.8。 51
圖4-2.4 在霧狀藍相與均向態下聚合的高分子網絡結構對照圖(在霧狀藍相下聚合的樣品：No.1、No.6和No.7；在均向態下聚合的樣品：No.8)。 52
圖4-2.5 於正交偏光顯微鏡下觀察在膽固醇相下聚合之樣品的藍相照片，照片(a)–(d)：No.5；照片(e)–(h)：No.9；照片(i)–(l)：No.10。 54
圖4-2.6 在膽固醇相下聚合前後的藍相溫寬比較圖，其中有三種液晶配方，分別為LCM05/R811(30wt%)、LCM10/S811(25wt%)和LCM07/R811(30wt%)，(a)聚合前；(b)聚合後。 55
圖4-2.7 在膽固醇相下聚合的高分子網絡結構對照圖。 56
圖4-3.1 在正交偏光顯微鏡下，樣品曝光前後的照片，(a)–(d)曝光前；(e)–(h)曝光後。 58
圖4-3.2 於正交偏光顯微鏡下觀察不加濾光片下聚合之樣品的藍相照片，照片(a)–(d)：No.12；照片(e)–(h)：No.14。 58
圖4-3.3 在有無外加濾光片下聚合前後的藍相溫寬比較圖，其中LCM05/R811(30wt%)在有外加濾光片的系統下；M13/S811(30wt%)在無外加濾光片的系統下，(a)聚合前；(b)聚合後。 60
圖4-3.4 聚合前後的藍相溫寬比較圖，(a)聚合前；未加入高分子單體前的藍相液晶混合物M13/S811(30wt%)，聚合後，M13/S811(30wt%)/RM257(6wt%) 樣品，(b)No.12；(c)No.14。 60
圖4-3.5 在不加濾光片下聚合的高分子網絡結構對照圖。 61
圖4-4.1 未加高分子單體前的藍相液晶於BPII下的反射光波長圖，(a)LCM05/R811(30wt%)在89.8 °C下的反射光波長；(b)M13/S811(30wt%)在96.3 °C下的反射光波長。 64
圖4-4.2 聚合前後的藍相溫寬比較圖，其中LCM05/R811(30wt%)在有外加濾光片的系統下；M13/S811(30wt%)在無外加濾光片的系統下
，(a)聚合前；(b)聚合後。 65
圖1 在晶格藍相下以不同條件聚合的高分子網絡結構對照圖。 81















表目錄
表3-1.1 液晶材料的物理參數(T = 25°C) 27
表4-1.1 樣品組成 38
表4-1.2 未加高分子單體前的液晶混合物的藍相溫寬 38
表4-1.3 聚合後的樣品藍相溫寬 39
表4-1.4 高分子材料聚合實驗條件 40
表4-1.5 不同相態下聚合之高分子鏈直徑比較表 42
表4-1.6 在晶格藍相下聚合的實驗變因 43
表4-1.7 在晶格藍相下以不同條件聚合之高分子鏈直徑比較表 43
表4-2.1 在霧狀藍相下聚合的樣品組成 45
表4-2.2 未加高分子單體前的液晶混合物的藍相溫寬 46
表4-2.3 聚合後的樣品藍相溫寬 46
表4-2.4 在霧狀藍相與晶格藍相下聚合之高分子鏈(團)直徑比較表 49
表4-2.5 各樣品的組成 50
表4-2.6 在外加濾光片下聚合後的樣品藍相溫寬 50
表4-2.7 在膽固醇相下聚合的樣品組成 53
表4-2.8 未加高分子單體前的液晶混合物的藍相溫寬 53
表4-2.9 聚合後的樣品藍相溫寬 55
表4-3.1 聚合的樣品組成 57
表4-3.2 未加高分子單體前的液晶混合物的藍相溫寬 59
表4-3.3 聚合後的樣品藍相溫寬 59
表4-3.4 有無外加濾光片下聚合之高分子鏈直徑比較表 62
表4-4.1 未加高分子單體前的液晶混合物的藍相溫寬 66
表4-4.2 藍相液晶材料在藍相下聚合後的藍相溫寬、溫寬拓寬比例與聚合鏈半徑比較表 66
表5-1.1 在藍相液晶內的高分子網絡結構與藍相結構間的關係 69

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