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)是由麻省理工學院、哈佛物理系與美國陸軍生化中心的科學家一起研制的一項新技術(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，光會穿過玻璃。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)在未來可以廣泛使用在商店櫥窗或者擋風玻璃上，成本較低，很方便使用。

1 納米粒子研究

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

高分子納米粒子技術(shù)在20世紀的中后期發(fā)展迅速，原子力顯微鏡等微觀操縱技術(shù)對納米技術(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濾膜等方法，最后通過電化學聚合法合成納米材料，形成納米結(jié)構(gòu)材料的模板。后來，高分子納米材料的制備方法有一些進步，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，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)時會產(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無皂乳液聚合

在反應(yīng)過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)用到無皂乳液聚合中可以得到窄分散的納米級膠乳粒子。

(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，受到廣泛的重視。

(3)模板聚合

它可以與單體或者生長鏈通過靜電鍵合、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頻率，可以通過檢測紅外光譜的特性來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掃描電鏡只可以觀測導電物質(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

在電子學方面的應(yīng)用比較廣泛。目前可以用納米技術(shù)實現(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。對聚合物纖維、納米管進行檢測，納米纖維比聚合物的導電性能更強。

(2)高檔涂料

納米聚合物乳膠具有很好的滲透性、濕潤性，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。它可以替代有機溶劑產(chǎn)品。對于表面形狀復(fù)雜的材料，它可以使之濕潤，增強粘黏性，也可用在金屬透明保護清漆等。

(3)醫(yī)學材料

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，光會穿過玻璃。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，通過屏幕看到清新投影圖像，目前在舞臺劇、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，將來為人們的生活與工作帶來便利。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，存在投影光透問題，有一半的光透過屏幕就會損失掉，光前散射投影會比較好，但是光背投影前畫面會比較清晰，后期會比較模糊，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)激光擴束散斑灼燒膠片，就像激光刻盤，在膠片便面留下細小的痕跡，可以讓光入射表面時產(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大的電流功率支撐投影。可以通過實驗分析全息透明屏幕的特點，應(yīng)用稍有霧度的拉桿活頁夾塑料書皮，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有很大的技術(shù)效果，通過塑料書皮與全息透明投影成像效果分析，發(fā)現(xiàn)成像沒有很大的區(qū)別。還可以采用電控光玻璃在電場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，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、剪切對聚合物液晶排列有很大的影響。目前國際上應(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和單片投影技術(shù)相結(jié)合，投影出來的光是偏振光，偏振方向與散射偏光玻璃的透光形成正軸，形成全散射，透明光線沒有問題。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。

散射偏光玻璃可以在商場的玻璃門窗應(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投影機上的成影與全息膠片產(chǎn)品一樣，在單片LCD投影機的效果明顯好得多，沒有浪費透射光，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。

3.3 納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)

它是由美國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，光會穿過玻璃。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始研究階段，相信不久的將來一定可以得到發(fā)展和應(yīng)用。納米粒子變透明玻璃為投影屏幕技術(shù)在未來可以廣泛使用在商店櫥窗或者擋風玻璃上，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，為了保持穩(wěn)定就必須發(fā)生團聚。納米粒子的有機涂料的分散優(yōu)化工藝，對納米粒子的表面進行處理，分化納米氧化物漿料時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。采用機械加速聚集納米材料分散，形成細微粒子。分散的細微粒子可以保持穩(wěn)定，嚴格控制納米導電氧化物材料的添加量。

4.1.2 化學助劑對納米顆粒分散的影響

濕潤劑、分散劑對納米粒子粉末具有很好的濕潤和分散作用，可以保持涂料的穩(wěn)定。再添加涂料成膜的過程中，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)可以在將來廣泛應(yīng)用，它可以通過一些材料、新的技術(shù)，使透明投影屏幕發(fā)展更加先進，應(yīng)用更加廣泛。

5 結(jié)語

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，還沒有大規(guī)模使用，通過科研人員的不斷研究，可以突破技術(shù)難關(guān)，實現(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。

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