基於上轉換髮光的液晶高分子複合材料光致形變研究

《基於上轉換髮光的液晶高分子複合材料光致形變研究》是依託復旦大學，由俞燕蕾擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於上轉換髮光的液晶高分子複合材料光致形變研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：俞燕蕾

項目摘要

光致形變液晶高分子通常是將偶氮類生色團引入液晶高分子網路形成的，在紫外光作用下，因生色團的光致異構化引起液晶分子重排，使液晶網路產生顯著的光致形變，在構築柔性微執行器方面備受關注。本項目以光回響性液晶高分子與上轉換髮光材料複合體系為研究對象，利用上轉換髮光引發生色團異構化及複合材料體系的近紅外光致形變，開發綠色光源驅動的液晶高分子材料。項目將依據上轉換髮光材料的發射光波段與液晶高分子吸收峰波長相匹配的原則，選擇和製備兩類上轉換髮光材料（稀土上轉換髮光納米材料和有機金屬配合物體系）和兩類液晶高分子（可後交聯高分子和熱聚合交聯高分子）。分析最佳化上轉換髮光材料的上轉換髮光與液晶高分子吸收之間的能量轉移效率，探討複合材料的光致形變機理。合成易於加工成型的後交聯型液晶高分子，並最佳化上轉換髮光材料與液晶高分子的複合途徑，建立一種簡便通用的複合材料製備方法及薄膜材料加工工藝。

結題摘要

光致形變液晶聚合物作為智慧型材料在開發微型、大位移、高速、回復性好的執行器與人工肌肉等領域有良好的套用前景。然而，現有的交聯液晶聚合物材料大多由紫外光碟機動產生形變，這極大程度的限制了該類材料在生物醫藥領域的發展。本項目旨在探究利用上轉換髮光技術實現液晶高分子複合材料的長波長光光致形變。我們設計併合成了發射波段能夠與液晶高分子的吸收峰有較好重疊的基於三線態-三線態湮滅（triplet-triplet annihilation, TTA）上轉換髮光材料，製備液晶高分子與TTA上轉換髮光材料複合薄膜，測試TTA上轉換髮光材料與偶氮二苯乙炔分子的吸收光譜和螢光發射光譜變化，確定TTA上轉換髮光材料與聚合物光回響基團之間的能量轉移方式為發射-再吸收模式，研究TTA上轉換髮光碟機動液晶高分子形變行為及其潛在生物醫藥領域套用前景。另一方面，我們設計合成一種同時含有光回響基團與可反應性基團的液晶嵌段共聚物，該化合物所含的光回響基團能吸收可見光發生光異構反應，而可反應性基團則可以發生後交聯反應，成功探索出在不良溶劑中經後化學交聯方法製備固體薄膜與纖維的新方法；薄膜與纖維具有液晶性質，能夠在可見光的照射下發生明顯的彎曲形變。該製備方法不受常規的液晶盒尺寸的限制，因此在光致形變液晶聚合物的加工成型方面更加簡單易行，有利於大尺寸膜材料的製備研究。在此基礎上，將其與聚氨酯、TTA上轉換材料共混，先後通過塗覆技術、後交聯反應和機械拉伸取向的方法，製備出了單疇取向的液晶高分子/聚氨酯共混薄膜。實現共混薄膜在紅光碟機動下的光致形變。該方法賦予了非回響性的聚氨酯光致形變的性質，並且降低了製作成本。該類光致形變液晶聚合物複合材料為開發長波長光碟機動、大尺寸、低成本執行器打開了新的大門。