掃描電子顯微鏡/能譜儀和紅外光譜儀在液晶調光膜結構分析中的應用

解雅玲，夏江南，高明珠，韓明星

（中國樂凱集團有限公司研究院 河北 保定 071054）

1 引言

液晶調光膜是一種新型的功能性光電薄膜材料，又稱電控智能調光膜、調光電子窗簾膜，其學名為：聚合物分散液晶，又稱為PDLC（polymer dispersed liquid crystal），是在兩塊透明的薄膜材料之間將液晶以微米量級的小微滴分散在聚合物基體內，經特殊的工藝制作而成。通過施加和不施加電壓，實現薄膜在透明和不透明（磨砂）兩種外觀狀態之間的快速切換[1-2]。從而可以使各類建筑的玻璃窗具有了隱私保護性、空間通透性、安全防務性和光線調節性等功能。因此，這類薄膜材料通常應用于高檔酒店客房、博物館、銀行、會議室、商店櫥窗上。液晶調光膜既可制作成夾膠玻璃和中空玻璃使用，也可在現有玻璃上直接貼膜使用。

SEM在物質微觀形貌和結構的分析中具有十分重要的意義，尤其對于多層薄膜材料而言，其斷面的微觀結構及厚度的測試在很大程度上依賴于SEM制樣和測試技術的水平。

FT-IR技術是研究高分子材料結構和組成的重要手段之一。尤其在多層高分子薄膜材料的分析過程中，FT-IR發揮著不可替代的作用。對于一些樣品，通過FT-IR技術可以采用直接測試的方法來鑒別樣品的結構及各層的成分。

本文的研究對象是一款可直接在玻璃上貼膜使用的液晶調光膜產品。通過FT-IR，并結合SEM/EDS對液晶調光膜進行了結構和各層主要成分的分析。

2 實驗部分

2.1 樣品的制備

（1）將液晶調光膜樣品切成5cm×5cm大小，分別將各層揭開，其中，帶有粘結層的薄膜表面用蘸有乙酸乙酯的脫脂棉擦拭干凈，晾干，備用。（2）將液晶調光膜樣品進行超薄切片，得到的切片表面進行噴金處理，備用。

2.2 分析與測試

（1）紅外光譜測試：采用Nicolet iS10紅外光譜儀，4000～500cm-1范圍掃描，測定樣品成分。（2）掃描電鏡/能譜測試：采用日立S-3400N掃描電鏡/能譜儀，測定液晶調光膜切面、功能層表面形貌、各層厚度及元素組成。

3 結果與分析

液晶調光膜樣品經手工剝離結合斷面微觀SEM/EDS綜合測試分析，得到圖1所示的結構示意圖。

圖1 液晶調光膜的斷面結構示意圖（上：靠近貼玻璃面一端）Fig.1 Schematic of the cross section of the sample

3.1 掃描電鏡/能譜分析

（1）樣品斷面形貌和結構分析

圖2所示為液晶調光膜揭掉上、下離型膜后所得樣品的斷面掃描電鏡圖從中可以測出各層厚度（從左到右），如表1所示。其中圖3為粘結層-4的SEM放大圖，其厚度測量值約為1.73μm。

表1 液晶調光膜揭掉上、下離型膜后所得樣品各層厚度Tab.1 Thickness of each layer of the sample

圖2 液晶調光膜揭掉上、下離型膜后所得樣品的斷面SEM圖Fig.2 SEM image of the cross section of the sample without release layers

圖3 液晶調光膜粘結層-4斷面的SEM放大圖Fig.3 SEM image of adhesive layer-4 (1.73μm)

圖4 液晶調光膜功能層斷面的SEM放大圖Fig.4 SEM image of cross section of the functional layer

圖4為液晶功能層的SEM放大圖，從中可以清晰地觀察到聚合物分散液晶的結構。

（2）液晶功能層表面形貌分析

圖5為液晶調光膜樣品中功能層表面的掃描電鏡圖，從EDS測試結果（表2所示）中可以看出此表面的元素成分主要為C和O。

圖5 液晶調光膜功能層表面的SEM圖Fig.5 SEM image of the surface of the functional layer

圖6 上離型膜外表面FTIR譜圖Fig.6 FTIR spectra of the outer surface of top release layer

圖7 上離型膜內表面FTIR譜圖Fig.7 FTIR spectra of the inner surface of top release layer

（3）能譜分析

①功能層表面的能譜分析

圖8 保護層-1的FTIR譜圖Fig.8 FTIR spectra of the protection layer-1

圖9 保護層-2的FTIR譜圖Fig.9 FTIR spectra of the protection layer-2

表2 功能層表面各元素的EDS分析結果Tab.2 EDS of the functional layer surface

表3 電極層中的導電層表面各元素的EDS分析結果Tab.3 EDS of the conductive layer surface

圖10 電極層-1中基材的FTIR譜圖Fig.10 FTIR of the base layer of the electrode layer-1

圖11 電極層-2中基材的FTIR譜圖Fig.11 FTIR spectra of electrode layer-2

由表3可知，電極層中的導電層表面主要含有C、O和In三種元素，結合由FT-IR譜圖分析得到的電極層基材測試結果為PET，因此，推斷電極為較常使用的ITO/PET。但其中的Sn元素可能由于含量較低而未檢測到。

②電極層中導電層表面的能譜分析

圖12 下離型膜外表面的FTIR譜圖Fig.12 FTIR spectra of the outer surface of lower release layer

圖13 下離型膜內表面的FTIR譜圖Fig.13 FTIR spectra of inner surface of the lower release layer

圖14 粘結層-1的FTIR譜圖Fig.14 FTIR spectra of adhesive layer-1

圖15 粘結層-2的FTIR譜圖Fig.15 FTIR spectra of adhesive layer-2

3.2 FT-IR測試分析

由圖6～11所示的紅外譜圖可知，此液晶調光膜樣品中，上離型膜，上、下保護層以及上、下電極層的基材均為PET薄膜。1717cm-1左右的吸收峰為羰基的伸縮振動峰，1254cm-1左右的吸收峰為C-C-O的不對稱伸縮振動吸收峰。1126cm-1和1022cm-1左右出現的雙峰是O-CH2-CH2不對稱伸縮振動吸收峰。受到羰基基團的影響，苯環上C-H搖擺振動吸收峰出現在726cm-1左右處。

由圖12和13所示的紅外譜圖分析可知，樣品的下離型膜外表面為聚丙烯（PP），內表面為聚乙烯（PE）。

圖14～17所示為各粘結層的紅外譜圖，譜圖分析結果顯示粘結層-1（圖14）為聚二甲基硅氧烷，粘結層-2（圖15）、粘結層-3（圖16）和粘結層-4（圖17）均為聚丙烯酸酯類膠黏劑。

圖16 粘結層-3的FTIR譜圖Fig.16 FTIR spectra of adhesive layer-3

圖17 粘結層-4的FTIR譜圖Fig.17 spectra of adhesive layer-4

由圖18所示的FT-IR譜圖分析可知功能層中聚合物為聚氨酯。其中，3400cm-1處為氨基VN-H的吸收峰；1729cm-1是酯基中的VC=O的吸收峰；1510cm-1是氨基的變形振動峰；1250cm-1處是氨酯基的VC-O伸縮振動峰，這些特征峰表明氨酯鍵存在；1454cm-1為脲基甲酸酯C=O的伸縮振動峰，說明聚氨酯主鏈中可能有脲基甲酸酯；1105cm-1處可能為C-O-C醚鏈的強吸收峰[2]。圖18中，部分吸收峰可能為液晶材料所含官能團的存在引起的。

4 結論

通過對此液晶調光膜的結構及其物理特性進行分析，結果顯示，該調光膜共有13層構成，上、下電極層均為ITO/PET導電薄膜，液晶功能層為聚合物分散液晶，其中，聚合物為聚氨酯類。通過此次測試分析，對液晶調光膜產品有了更加深入的認識。

圖18 功能層的FTIR譜圖Fig.18 FTIR spectra of the functional layer