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研究生:林威廷
研究生(外文):Wei-Ting Lin
論文名稱:高分子分散型液晶之介面極化
論文名稱(外文):Interface polarization in polymer-dispersed liquid crystal
指導教授:李偉李偉引用關係徐芝珊
指導教授(外文):Wei LeeJy-Shan Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:高分子分散型液晶介面極化
外文關鍵詞:Polymer-Dispersed Liquid CrystalsInterface Polarization
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本論文運用介電頻譜術觀察高分子分散型液晶之極化特性。吾人發現,具高分子與液晶複合結構之高分子分散型液晶,其介電頻譜中多了一極化現象-介面極化,此極化現象出現於中頻率範圍(103 Hz至105 Hz)。為進一步探討高分子分散型液晶中之介面極化特性,本論文分別藉由改變樣品製作參數(如高分子/液晶混合比例與照光聚合條件)以及樣品對外在因素(如電壓和溫度)的依存性,分析介電頻譜的變化。
  在改變樣品製作參數下,可發現高分子分散型液晶的結構完整與介面極化的貢獻大小有關,高分子分散型液晶結構越完整時,介面極化的現象越明顯。而在外界因素中,隨著溫度的上升,介面極化也會隨之增高,但當溫度到達液晶澄清點溫度時,介面極化的現象將會漸漸消失。在電壓方面,外加電壓需達到高分子分散型液晶之驅動電壓,介面極化才會有明顯的變化。最後高分子分散型液晶放置時間的長短並不影響介面極化的貢獻。本論文有效的將介電頻譜術應用於複合式材料的觀測中,利用介面極化的極化貢獻變化,而了解高分子分散型液晶的各種特性。



In this study, dielectric properties as well as polarization characteristics in a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) are investigated based on the dielectric spectroscopy. The dielectric spectrum of PDLC cells indicates that a interface polarization is observed in the frequency regime of 103 Hz to 105 Hz. In this thesis, the concentration of monomer/LC mixture conditions of photo-curing for creating PDLC cells are used as the parameters to clarify the characteristics of interface polarization in the PDLC cell. Furthermore, the effect of external stimulus such as electric field and temperature on the existence of interface polarization in the PDLC cell is disused.
In the case of changing the curing process, one can find the relationship between the interface polarization and PDLC structure. When the PDLC structure is completely formed, the interface polarization is clear. In regard to the discussion to the effect of external stimulus on the formation of interface polarization in the PDLC cell, the interface polarization in the nematic phase of PDLC cells is enhanced with increasing temperature. On the other hand, the interface polarization is clear when the voltage is increased over the critical voltage of the PDLC.
Finally, we confirm that the interface polarization keep permanently even when the PDLC cell is put steadily for a long time. This thesis uses dielectric spectroscopy to investigate the composite material. Based on our experimental results, one can discuss the characteristics of PDLC in terms of the strength of interface polarization.



第一章 緒論 11
1.1 前言 11
1.1.1 研究動機 11
1.2 研究背景 12
1.2.1 高分子分散型液晶 12
1.2.2 介電頻譜術 13
1.2.3 介面極化 14
1.3 論文架構 14
第二章 理論 16
2.1 高分子分散型液晶 16
2.1.1 秩序度與介電常數 16
2.1.2 閾值電壓與驅動電壓 18
2.2 介電頻譜術 20
2.2.1 極化現象 20
2.2.2 介面極化 22
2.2.3 介電頻譜分析 24
第三章 樣品製程與實驗儀器 27
3.1 材料概述 27
3.2 高分子分散型液晶之製作方法 28
3.3 實驗量測與實驗架設 29
3.3.1 液晶盒厚度之量測 29
3.3.2 介電頻譜術 30
3.3.3 溫度控制系統 31
3.3.4 實驗架設 32
第四章 實驗結果與討論 33
4.1 PDLC與純液晶之介電頻譜圖形比較 34
4.2 改變PDLC內部結構之介電頻譜觀測 35
4.2.1 各種濃度高分子分散型液晶之介電行為 35
4.2.2 改變照光強度之高分子分散型液晶之介電行為 37
4.2.3 改變照光時間之高分子分散型液晶之介電頻譜圖 39
4.3 外在因素對PDLC之介電行為 40
4.3.1 外加電壓對PDLC之介電頻譜 40
4.3.2 放置長時間之PDLC介電頻譜圖 41
4.3.3 改變環境溫度之PDLC介電頻譜行為 42
第五章 結論和未來展望 44
參考文獻 47

表一 液晶E7 之特性 39
表二 高分子NOA65 之特性 40

圖1.1 PDLC 結構圖形與運作機制 (a)無外加電壓 (b)外加電壓 41
圖2.1 介電領域的四大極化,由低頻至高頻分別為空間電荷極化、偶
極取向極化、離子極化、電子極化;黑色實線為複介電常數實
部,紅色虛線為複介電常數虛部。 42
圖2.2 Maxwell–Wagner 方程式的理論模型:兩種球型粒子所組成的
非均勻體系。 43
圖2.3 Cole–Cole model 圖 44
圖3.1 液晶盒等同於RC 電路示意圖 45
圖3.2 測量樣品之儀器架設示意圖 45
圖4.1(a) 液晶E7 與高分子分散型液晶PDLC 之介電實部圖形 46
圖4.1(b) 液晶E7 與高分子分散型液晶PDLC 之介電虛部圖形 46
圖4.1-2(a) 液晶E7 之Cole–Cole 圖形 47
圖4.1-2(b) 高分子分散型液晶PDLC 之Cole–Cole 圖形 47
圖4.1-3 液晶E7 與高分子分散型液晶PDLC 之Cole–Cole 圖形 48
圖4.2.1-1(a) 各濃度高分子分散型液晶之介電實部圖形 49
圖4.2.1-1(b) 各濃度高分子分散型液晶之介電虛部圖形 49
圖4.2.1-2(a) 純E7 和 (b) NOA65 之介電虛部隨頻率的變化情形 50
圖4.2.1-3 不同濃度的高分子分散型液晶之Cole–Cole 圖形 51
圖4.2.2-1 各樣品受不同紫外光光強照射之介電實、虛部圖形 52
圖4.2.2-2 各樣品之偏光顯微鏡影像 (a) PDLC5.0; (b) PDLC1.5;(C)
PDLC0.4 52
圖4.2.3-1(a) 各樣品改變照光時間之介電實部圖形 53
圖4.2.3-1(b) 各樣品改變照光時間之介電虛部圖形 53
圖4.2.3-3 各樣品改變照光時間之Cole–Cole 圖形 54
圖4.3.1-1(a) PDLC30 施加不同電壓的介電實部圖形 55
圖4.3.1-1(b) PDLC40 施加不同電壓的介電實部圖形 55
圖4.3.1-1(c) PDLC50 施加不同電壓的介電實部圖形 56
圖4.3.1-1(d) PDLC60 施加不同電壓的介電實部圖形 56
圖4.3.1-1(e) PDLC70 施加不同電壓的介電實部圖形 57
圖4.3.1-2(a) PDLC30 施加不同電壓的介電虛部圖形 58
圖4.3.1-2(b) PDLC40 施加不同電壓的介電虛部圖形 58
圖4.3.1-2(c) PDLC50 施加不同電壓的介電虛部圖形 59
圖4.3.1-2(d) PDLC60 施加不同電壓的介電虛部圖形 59
圖4.3.1-2(e) PDLC70 施加不同電壓的介電虛部圖形 60
圖4.3.2-1(a) 三樣品放置30 天之介電實部圖形 61
圖4.3.2-1(b) 三樣品放置30 天之介電虛部圖形 61
圖4.3.3-1 樣品隨溫度變化之介電頻譜 (a) 實部 (b) 虛部 62
圖4.3.3-2 介電頻譜擬合模擬分析圖 63
圖4.3.3-3 各溫度下介面極化之鬆弛頻率趨勢圖 64
圖4.3.3-4 溫度與介面極化強度之趨勢圖形 64
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