側氟代苯液晶及其自組裝材料的製備與電流變效應

《側氟代苯液晶及其自組裝材料的製備與電流變效應》是依託東北大學，由孟凡寶擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：側氟代苯液晶及其自組裝材料的製備與電流變效應
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孟凡寶
• 依託單位：東北大學

中文摘要

電流變液體的粘度、應力等在電場作用下可以發生可逆突變，這種電流變效應在工業領域具有重要套用。由於液固兩相電流變液體存在粒子沉降、電極磨損等根本性問題，均一液相電流變液體（如液晶電流變液體）的研究引起關注，但現有液晶電流變液體具有回響慢、應力低、強度弱等不足之處。為了探討改進液晶電流變液體的缺陷，本項目擬製備一類以側氟代苯為介晶基元、並含有羧酸、磺酸基團的小分子液晶及液晶聚合物，將它們分別與鹼性含吡啶基線型分子、酞菁類平面型分子及聚苯胺類立體型分子進行自組裝形成不同空間構型的超分子材料。分別研究小分子液晶、液晶聚合物、小分子液晶組裝成的超分子、液晶聚合物組裝成的超分子等液晶材料的化學結構、空間構型、液晶性能與電流變效應。本項目通過對液晶材料的化學結構、空間構型的調節與控制，對液晶材料的電流變效應進行系統化研究，提出一種液晶電流變效應機理，為該領域的研究提供理論儲備與實驗依據。

結題摘要

電流變效應及技術在工業領域具有重要而廣泛的套用前景，電流變液可以分為均相液體與固液兩相懸浮液兩類。現有的液固兩相電流變液體存在粒子沉降、電極磨損等問題，而液晶類均相電流變液具有回響慢、應力低、強度弱等不足之處。為了改進這兩類液晶電流變液體的缺陷、並把二者的優點結合起來，本項目提出了一種新型嘗試。本項目採用含氮物質（咪唑、吡啶、酞菁與聚苯胺）與含鹵代物、羧酸與磺酸等基團的物質通過自組裝製備了一類含側氟代苯為介晶基元及其他功能化官能團的液晶超分子材料，通過對液晶超分子材料的化學結構、空間構型等的調控，系統地研究了液晶超分子材料的結構、液晶性、介電性與電流變效應之間的關係，提出了該類液晶超分子材料的電流變效應產生機理。研究結果表明：對於不同液晶類型的液晶超分子材料，向列型液晶超分子材料的電流變效應最強；含聚苯胺類體型分子超分子材料的電流變效應優於含酞菁類面型分子超分子材料，優於含咪唑與吡啶基團線型分子超分子材料；液晶超分子材料中液晶結構對電流變效應的影響表現為：基於小分子液晶的超分子材料電流變效應弱於基於環狀液晶聚合物的超分子材料，弱於基於梳狀側鏈液晶聚合物的超分子材料；另外，介電常數可以影響該類超分子材料的電流變效應，但並不是唯一的影響因素；季銨鹽類液晶超分子材料的陰離子基團（如Br-、PF6-、BF4-等）對電流變效應的影響不大。所提出的這類液晶超分子材料電流變液體產生電流變效應的機理為：對於均相電流變液，液晶超分子材料在基礎液中形成‘液滴’並與基礎液相分離，施加電場時，液晶基元的取向行為與離子基團的遷移行為同時發生，導致‘液滴’變形，從而產生電流變效應，含側氟代苯介晶基元的優勢在於加快電場回響行為；對於固液兩相電流變液，液晶超分子材料形成的‘液滴’緊密包覆在可極化的顆粒結構單元上，在施加電場時，分散顆粒的極化作用與液晶‘液滴’的變形回響發生協同作用，從而產生更強的電流變效應。