基於香蕉形液晶的多重刺激回響液晶彈性體研究

《基於香蕉形液晶的多重刺激回響液晶彈性體研究》是依託華南理工大學，由潘其維擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於香蕉形液晶的多重刺激回響液晶彈性體研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：潘其維
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

液晶彈性體(liquid crystalline elastomer, LCE)是指非交聯型的液晶聚合物經過適度交聯，在液晶態或各向同性態顯示彈性的聚合物材料。本項目計畫結合香蕉形液晶化合物和液晶彈性體的性質，從分子結構出發設計併合成新的多功能液晶彈性體，使其在多種外力場下更有利於實現刺激回響。項目中將合成多種可聚合的香蕉形液晶單體，它們都具有鐵電或反鐵電的B2相（即手性SmC相）液晶態，並且結構中含有光敏性偶氮苯基團。以此為基礎，製備無規共聚型和RNR型三嵌段香蕉形液晶彈性體。研究聚合物網路對香蕉形液晶基元手性超分子結構的影響，同時研究香蕉形液晶彈性體在光、電、熱、壓力等不同外力場下的取向行為和刺激回響性行為，揭示取向行為、分子結構對彈性體多重刺激回響行為的影響。

結題摘要

香蕉形液晶化合物具有許多特殊的物理性質，如鐵電/反鐵電性、自發極化、手性超分子結構的形成等。另一方面，芳香族偶氮聚合物具有光致異構、光致變色、非線性光學等特性。將偶氮基團引人到香蕉形液晶分子中，並通過一定的聚合方法合成含偶氮基團的香蕉形液晶高分子，有望得到一類具有特殊光電性能的新型材料。 本項目首先合成了一系列含可聚合基團的以間氨基苯甲酸作為中心彎曲核，以偶氮基、亞胺基團等作為連線基團的香蕉形液晶化合物，發現體積較大的丙烯酸酯基團的引入使液晶基元的液晶性消失，而體積較小的乙烯基的引入使化合物保持液晶性。之後，分別通過普通自由基聚合和矽氫加成反應得到以聚丙烯酸酯為主鏈的間隔基長度不同側鏈型香蕉形液晶聚合物、以聚矽氧烷為主鏈的側鏈型香蕉形液晶聚合物和含矽氧烷的主鏈型香蕉形液晶聚合物。通過液晶相行為、光回響特性研究發現，以聚丙烯酸酯為主鏈的側鏈型香蕉形液晶聚合物形成了雙分子層的SmC相，並隨著柔性間隔基長度的增加，相轉變溫度降低，液晶溫度區間變寬；而含有矽氧烷的液晶聚合物，雖然拓撲結構不同，但是都形成了單分子層的近晶相。所有的香蕉形液晶聚合物在紫外光照後，吸收光譜的變化趨勢與單體相似，說明聚合物都保持了偶氮化合物的光致異構性質，但與單體相比，聚合物的紫外吸收峰紅移，光致異構回響時間變慢。 通過矽氫加成反應，合成了具有交聯結構的聚矽氧烷香蕉形液晶彈性體。通過紫外光照射考察了薄膜的光致形變效應，說明液晶彈性體薄膜具有光回響特性。 為了避免C=N雙鍵所帶來的化學不穩定性，因此在後續工作中合成了以聯苯結構作為彎曲中心，雙臂都含有偶氮基團的雙偶氮型香蕉形液晶化合物。通過普通自由基聚合或可控自由基聚合都可以得到以聚甲基丙烯酸酯為主鏈的側鏈型香蕉形液晶聚合物PMazo。該聚合物具有雙分子層的SmC相和SmX相，然而其對紫外光的回響速度明顯慢於前面提到的單偶氮型香蕉形液晶聚合物。 最後合成了兩嵌段共聚物PnBA-b-PMazo，並用GPC、HNMR、FTIR對其結構進行了表征，得到的產物分子量分布較窄，分子量逐漸增大。其相行為、外場回響等行為將進一步研究。