光碟機動的聚合物納米結構調控以及納米馬達的研究

《光碟機動的聚合物納米結構調控以及納米馬達的研究》是依託蘇州大學，由張衛東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光碟機動的聚合物納米結構調控以及納米馬達的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張衛東
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

偶氮苯聚合物尤其是偶氮液晶彈性體目前已經引起科學界的廣泛興趣，利用偶氮苯化合物獨特的可逆光致異構化性能，在巨觀上將光能轉化為動能已經取得一些成果。但越來越清楚的認識到，偶氮苯聚合物的凝聚態的結構、分子鏈和聚集態的取向對其光致順反異構有著極其重要的影響。本項目利用納米壓印技術的特點設計合成偶氮液晶彈性體，同時充分利用納米壓印提供的物理空間限制以及不同納米圖案化的界面效應，詳細研究偶氮液晶彈性體材料在納米尺度下的自組裝，調控和最佳化偶氮液晶彈性體的凝聚態取向，獲得高度有序新結構。並且利用圖案化的偶氮液晶彈性體在納米尺度下光致形變製備納米馬達。項目不僅僅認識了偶氮液晶彈性體在納米受限條件下的凝聚態取向，更為重要是對理解凝聚態的結構、聚集態的取向與其光致異構，材料性能（結構與性能）關係有重要的科學意義，也進一步為設計開發新型納米馬達提供了新的研究思路，對人工製備納米馬達的具有重要的意義。

結題摘要

偶氮苯材料由於可以將分子的形變轉變為巨觀的機械運動，並且可以將光能直接轉變為機械能越來越多的得到重視。眾所周知偶氮苯液晶彈性體由於光誘導的有序度降低導致其巨觀形變，玻璃態的偶氮苯聚醯亞胺由於線偏振光誘導偶氮苯順反再取嚮導致其形變。但是無定形的偶氮苯材料由於沒有微觀和巨觀的有序基元，一般不可能實現巨觀的形變，大家都認為液晶的有序和分子的協同運動在偶氮苯材料的巨觀形變中發揮重要的作用。圍繞項目的研究背景，我們主要開展以下工作： 工作1：利用納米壓印技術同時圖案化和取向偶氮苯液晶彈性體。研究發現受限的偶氮苯液晶基元的長軸方向沿圖案後納米線的溝槽的長軸方向取向，而且取向度與納米受限空間有關。另外納米光柵在紫外的刺激下可逆膨脹收縮。而且納米形變的程度與取向度以及受限的尺度相關，受限空間越小，液晶基元的取向度越高，形變數越大。工作2：我們首次報導了採用簡單的策略製備光碟機動的偶氮苯形變材料，即將偶氮苯聚合物懸塗於蠶絲蛋白膜的表面構建偶氮苯-蠶絲蛋白膜。我們發現其有獨特的彎曲形變性能。形變的回響速度極快（百毫秒），而且彎曲的角度可以通過控制光強以及偶氮苯-蠶絲蛋白膜的相對膜厚。並且通過簡單的組合技術，複雜的程式化機械運動可以實現。工作3：相比於有序體系（偶氮苯液晶彈性體利用光誘導有序-無序的相變驅動形變，偶氮苯交聯體利用熱誘導的有序-無序的相變驅動形變以及偶氮苯聚醯亞胺利用線偏振光的順反異構再取向驅動形變），新型的“光熱效應”驅動的，雙重刺激（熱驅動和光碟機動）的偶氮苯形變材料被成功的提出，使用無序的偶氮苯聚合物作為熱吸收劑和分子形變劑，蠶絲蛋白為放大介質。而且研究發現光熱誘導的和熱誘導的偶氮苯聚合物體積膨脹是無序偶氮苯材料形變的根本原因。我們提出無序偶氮苯材料可以通過“光熱效應”實現巨觀的形變。