納米粒子變透明玻璃為投影屏幕

楊玲玲

江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京衛(wèi)生分院 （南京210038）

納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)是由麻省理工學(xué)院、哈佛物理系與美國(guó)陸軍生化中心的科學(xué)家一起研制的一項(xiàng)新技術(shù)。他們利用奈米粒子共振散射技術(shù)，在玻璃上面噴灑銀奈米粒子，使玻璃可以顯色。一般傳統(tǒng)的投影屏幕為白色，可以呈現(xiàn)不同的顏色，將投影屏幕投射到玻璃上，光會(huì)穿過(guò)玻璃。若將特定的奈米粒子混合到透明材料中，其他顏色都可以穿透玻璃。納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)在未來(lái)可以廣泛使用在商店櫥窗或者擋風(fēng)玻璃上，成本較低，很方便使用。

1 納米粒子研究

納米粒子的研究開(kāi)發(fā)主要集中在金屬、陶瓷、半導(dǎo)體材料等領(lǐng)域，應(yīng)用廣范。高分子納米粒子的研究相對(duì)較晚，該方法可以引起物理化學(xué)性質(zhì)的突變。

高分子納米粒子技術(shù)在20世紀(jì)的中后期發(fā)展迅速，原子力顯微鏡等微觀操縱技術(shù)對(duì)納米技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。

高分子納米粒子的制備是關(guān)鍵技術(shù)。先后有微乳液制備方法、納米孔洞的聚碳酸脂過(guò)濾膜等方法，最后通過(guò)電化學(xué)聚合法合成納米材料，形成納米結(jié)構(gòu)材料的模板。后來(lái)，高分子納米材料的制備方法有一些進(jìn)步，效果顯著。

2 高分子納米粒子的制備方法以及研究方法應(yīng)用

2.1 制備方法

(1)乳液聚合法

目前很多國(guó)家研究乳液聚合法，高分子乳液粒徑和分布單散性是控制高分子納米粒子的重要條件。

①輻射乳液聚合法

通過(guò)電離輻射引發(fā)乳液聚合。輻射乳液聚合使產(chǎn)品的純度高、沒(méi)有殘留引發(fā)劑、節(jié)能等。

②種子乳液聚合法

該方法是乳液聚合工藝方法，制作特殊聚合物粒具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，例如核殼結(jié)構(gòu)。選用合適的乳化劑和聚合單體在初期反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的膠束，可以生成很多聚合物晶種，最后可以形成乳液聚合粒子。

③無(wú)皂乳液聚合

在反應(yīng)過(guò)程中不添加乳化劑或添加少量的乳化劑，它的作用不同于以前的。通過(guò)親水性單體共聚維持乳液的穩(wěn)定。將微波加熱應(yīng)用到無(wú)皂乳液聚合中可以得到窄分散的納米級(jí)膠乳粒子。

(2)分子自組裝

分子自組裝就是聚合分子在靜電作用、疏水親脂作用下，構(gòu)筑特殊結(jié)構(gòu)和形狀的集合體。經(jīng)過(guò)分子沉積的自組裝膜在層與層間激烈的靜電作用，可以保證它的穩(wěn)定性，可以隨意控制膜的厚度，也可仿真自然生物的膜，根據(jù)它的這些特點(diǎn)，受到廣泛的重視。

(3)模板聚合

它可以與單體或者生長(zhǎng)鏈通過(guò)靜電鍵合、電子轉(zhuǎn)移的相互作用，放入聚合體系中聚合形成模板聚合。

(4)分散聚合

在穩(wěn)定劑的存在下，反應(yīng)體系從最初的均相溶液到非均相體系轉(zhuǎn)變，是特殊的沉淀過(guò)程，它可以輕易控制微球的粒徑，獲得共聚物微球，

2.2 研究方法

高分子納米材料主要研究高分子納米材料的組成部分。

(1)紅外光譜

聚合物中不同鍵具有不同的振動(dòng)頻率，可以通過(guò)檢測(cè)紅外光譜的特性來(lái)吸收頻率判斷鍵是否存在。它還可以顯示共聚物序列分布和立構(gòu)規(guī)劃整性方面的信息。

(2)電子顯微鏡

通過(guò)電子顯微鏡可以研究納米粒子的形態(tài)、性質(zhì)等，電子顯微鏡的透射電鏡可以觀察納米粒子的分散情況、聚合晶格的形態(tài)。而掃描電鏡可以用于聚合物的表面研究，比如聚合物的相容性、斷裂層等。原子力顯微鏡可以彌補(bǔ)掃描電鏡只可以觀測(cè)導(dǎo)電物質(zhì)表面性質(zhì)的缺陷，可以顯示全面的表面形態(tài)圖像。

(3)熱分析

它可以檢測(cè)聚合物的性能根據(jù)溫度的變化而變化，它包括熱重分析、微分熱重分析、差熱分析等，差熱、掃描熱度技術(shù)可以測(cè)量聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱度等。

2.3 高分子納米材料的應(yīng)用

(1)功能電路

在電子學(xué)方面的應(yīng)用比較廣泛。目前可以用納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)原子排列，也可用在特殊電子器件上面，制成密度很高的集成電路。對(duì)聚合物纖維、納米管進(jìn)行檢測(cè)，納米纖維比聚合物的導(dǎo)電性能更強(qiáng)。

(2)高檔涂料

納米聚合物乳膠具有很好的滲透性、濕潤(rùn)性，可大量用在涂料工業(yè)上面，特別是形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、木材、石料布等吸收性較好的材料的涂底或灌注。它可以替代有機(jī)溶劑產(chǎn)品。對(duì)于表面形狀復(fù)雜的材料，它可以使之濕潤(rùn)，增強(qiáng)粘黏性，也可用在金屬透明保護(hù)清漆等。

(3)醫(yī)學(xué)材料

納米粒子可用于納米控釋系統(tǒng)的載體材料，合成生物降解的聚合物。還可以根據(jù)不同聚合物特性用于治療。

3 納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)革新

利用奈米粒子共振散射技術(shù)，在玻璃上面噴灑銀奈米粒子，使玻璃可以顯色。一般傳統(tǒng)的投影屏幕為白色，可以呈現(xiàn)不同的顏色，將投影屏幕投射到玻璃上，光會(huì)穿過(guò)玻璃。若將特定的奈米粒子混合到透明材料中，其他顏色都可以穿透玻璃。

透明投影屏幕使觀眾即使隔著屏幕可以看到屏幕后面的景物，通過(guò)屏幕看到清新投影圖像，目前在舞臺(tái)劇、商業(yè)廣告方面應(yīng)用比較廣。透明投影屏幕一般是光學(xué)功能薄膜，把它貼到玻璃上，它可以成像，但是存在畫面清晰透明度也不好，透明度好畫面模糊。透明投影屏幕也存在很多產(chǎn)品，例如散射偏光玻璃屏幕，它是新的透明投影屏幕新技術(shù)，還有納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)，這些新技術(shù)使透明投影屏幕發(fā)展更加的迅速，將來(lái)為人們的生活與工作帶來(lái)便利。下面介紹散射偏玻璃投影屏幕技術(shù)。

3.1 目前的透明投影屏幕技術(shù)

目前的全息透明屏幕膠片的產(chǎn)品，存在投影光透問(wèn)題，有一半的光透過(guò)屏幕就會(huì)損失掉，光前散射投影會(huì)比較好，但是光背投影前畫面會(huì)比較清晰，后期會(huì)比較模糊，這是全息膠片具有光滑園坑，發(fā)生折射現(xiàn)象。它在制作中應(yīng)激光擴(kuò)束散斑灼燒膠片，就像激光刻盤，在膠片便面留下細(xì)小的痕跡，可以讓光入射表面時(shí)產(chǎn)生透射、折射、反射現(xiàn)象，合理分配各種光線，一般透明度好的全息透明屏幕需要強(qiáng)大的電流功率支撐投影?？梢酝ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)分析全息透明屏幕的特點(diǎn)，應(yīng)用稍有霧度的拉桿活頁(yè)夾塑料書皮，它的成像效果與全息透明投影屏幕成效效果一樣，全息透明投影屏幕沒(méi)有很大的技術(shù)效果，通過(guò)塑料書皮與全息透明投影成像效果分析，發(fā)現(xiàn)成像沒(méi)有很大的區(qū)別。還可以采用電控光玻璃在電場(chǎng)作用下的透明度也可作為透明投影屏幕使用，但它存在條件限制，只有在光線暗的地方使用。由于透明投影屏幕不常見(jiàn)，現(xiàn)在使用不是很廣泛。

3.2 散射偏光玻璃投影屏幕技術(shù)

納米粒子中的聚合物和液晶材料可以分為聚合物分散液晶與網(wǎng)絡(luò)液晶，分散液晶是聚合物與液晶按比例分配，液晶被聚合物分散包圍。網(wǎng)絡(luò)液晶的聚合物與液晶比例分配一般為1:11，聚合物形成網(wǎng)絡(luò)。外界的拉伸、剪切對(duì)聚合物液晶排列有很大的影響。目前國(guó)際上應(yīng)用液晶一般是電光器的研究，它可以調(diào)節(jié)散射偏光片、濾光片等。散射偏光玻璃是夾膠玻璃制品，50%的光透射，50%的光散射，使玻璃呈現(xiàn)半透明狀態(tài)。散射偏光玻璃用作透明投影屏幕與單片投影機(jī)和單片投影技術(shù)相結(jié)合，投影出來(lái)的光是偏振光，偏振方向與散射偏光玻璃的透光形成正軸，形成全散射，透明光線沒(méi)有問(wèn)題。在光線越好的地方圖像越清晰。它具有背頭成像原理技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

散射偏光玻璃可以在商場(chǎng)的玻璃門窗應(yīng)用，制作大面積的玻璃，加上散射偏光玻璃，可以形成散射透明投影屏幕。在DLP投影機(jī)上的成影與全息膠片產(chǎn)品一樣，在單片LCD投影機(jī)的效果明顯好得多，沒(méi)有浪費(fèi)透射光，背投影效果很高，畫面很清晰。散射偏光玻璃也可制成馬賽克方塊玻璃，可以根據(jù)客戶的要求隨意調(diào)整它的形狀，加上不同的文字圖案。這種透明投影屏幕技術(shù)用在商業(yè)廣告視屏上面，效果很神奇，給人一種魔幻的感覺(jué)。

3.3 納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)

它是由美國(guó)科研人員共同研制的。他們利用奈米粒子共振散射技術(shù)，在玻璃上面噴灑銀奈米粒子，使玻璃可以顯色。一般傳統(tǒng)的投影屏幕為白色，可以呈現(xiàn)不同的顏色，將投影屏幕投射到玻璃上，光會(huì)穿過(guò)玻璃。若將特定的奈米粒子混合到透明材料中，其他顏色都可以穿透玻璃。這種納米粒子變透明玻璃為投影屏幕雖然還處在開(kāi)始研究階段，相信不久的將來(lái)一定可以得到發(fā)展和應(yīng)用。納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)在未來(lái)可以廣泛使用在商店櫥窗或者擋風(fēng)玻璃上，成本較低，很方便使用。

4 納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)應(yīng)用展望

納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)，還處在研究階段，但是納米粒子透明玻璃的涂料在不斷的發(fā)展。

4.1 納米粒子變透明涂料

4.1.1 納米氧化物

雖然納米氧化物微粒直徑變小了，但是表面積在增大，表面積的原子也在相應(yīng)的增多，造成原子間的不飽和鍵，是納米粒子的吸附性更強(qiáng)，為了保持穩(wěn)定就必須發(fā)生團(tuán)聚。納米粒子的有機(jī)涂料的分散優(yōu)化工藝，對(duì)納米粒子的表面進(jìn)行處理，分化納米氧化物漿料時(shí)要選擇與之配套的分散助劑，這樣可以使微粒子之間產(chǎn)生排斥力，產(chǎn)生的靜電或者阻力維持穩(wěn)定。采用機(jī)械加速聚集納米材料分散，形成細(xì)微粒子。分散的細(xì)微粒子可以保持穩(wěn)定，嚴(yán)格控制納米導(dǎo)電氧化物材料的添加量。

4.1.2 化學(xué)助劑對(duì)納米顆粒分散的影響

濕潤(rùn)劑、分散劑對(duì)納米粒子粉末具有很好的濕潤(rùn)和分散作用，可以保持涂料的穩(wěn)定。再添加涂料成膜的過(guò)程中，溶劑的揮發(fā)，可以維持納米分散的穩(wěn)定，保證漆膜的透明性。聚乙烯吡咯烷酮它具有很強(qiáng)的粘黏子性、增溶、分散性能，目前被廣泛應(yīng)用在納米粒子分散方面。

4.2 技術(shù)發(fā)展

納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)可以在將來(lái)廣泛應(yīng)用，它可以通過(guò)一些材料、新的技術(shù)，使透明投影屏幕發(fā)展更加先進(jìn)，應(yīng)用更加廣泛。

5 結(jié)語(yǔ)

納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)雖然目前技術(shù)不夠成熟，還沒(méi)有大規(guī)模使用，通過(guò)科研人員的不斷研究，可以突破技術(shù)難關(guān)，實(shí)現(xiàn)納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)的廣泛使用。高分子納米粒子作為新興的功能材料,因其特殊的效應(yīng)和性能而具有廣闊的應(yīng)用前景。今后在制備新型高分子納米粒子、智能高分子納米粒子等方面將是人們研究的熱點(diǎn)。

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