光-熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料的制備及其性能研究

光-熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料的制備及其性能研究摘要

本研究以膽甾相液晶為主要基材，選用羅丹明B和硅氧烷作為功能性單體，通過(guò)自組裝聚合法制備出光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料。通過(guò)紅外光譜、核磁共振、熱重分析、差熱分析等手段對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、熱敏性等性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試及分析。同時(shí)，對(duì)復(fù)合材料的光學(xué)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的透明度、散射性能均隨著溫度的升高而發(fā)生變化。綜合分析結(jié)果表明，本研究所制備的光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料具有良好的熱敏性和光敏性，并具有潛在的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：膽甾相液晶；光/熱響應(yīng)；自組裝聚合；紅外光譜；核磁共振

1.引言

膽甾相液晶（ChLCs）是一種具有優(yōu)異光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的自組裝材料，在液晶顯示、光開(kāi)關(guān)和光存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。盡管已有大量的研究工作著眼于改善其電學(xué)性能，但在液晶復(fù)合材料方面的研究還較少。

光響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料是一種新型的自組裝復(fù)合材料，其具有溫度響應(yīng)和光響應(yīng)的特點(diǎn)。這種材料具有良好的應(yīng)用前景，因?yàn)槠渥陨硖匦钥梢噪S著溫度和光照條件的變化而發(fā)生變化。因此，光響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料可以被廣泛應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、光儲(chǔ)存、光傳感等領(lǐng)域。

在本研究中，我們選用羅丹明B和硅氧烷作為功能性單體，通過(guò)自組裝聚合法制備出光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、熱敏性以及光學(xué)性能等方面進(jìn)行測(cè)試及分析，評(píng)估其在不同條件下的性能。

2.實(shí)驗(yàn)

2.1材料

ChLCsmonomers:(S)-4-methoxyphenyl-4-(4-methoxycarbonylphenyl)-4'-acryloyloxybiphenyl-4-carboxylate（MOPAC）,(S)-4-(4-methoxycarbonylphenyl)-2-(4-fluorophenyl)-5-(4-acryloyloxyphenyl)-1,3-dioxane（FPOE）和（S）-4-(4-methoxycarbonylphenyl)-4'-acryloyloxybiphenyl-4-carbonitrile（MOCPCN）（AlfaAesar）。

羅丹明B（Sigma-Aldrich），硅氧烷（Sigma-Aldrich），聚乙二醇2000（PEG2000）（AlfaAesar）。

2.2制備

將ChLCs單體加入無(wú)水丙酮中，與硅氧烷等比例混合，加入羅丹明B，經(jīng)過(guò)自組裝后，添加硬化劑DMPA，經(jīng)過(guò)紫外光照封存。

2.3測(cè)試

利用FTIR對(duì)膽甾相液晶、單體和復(fù)合材料進(jìn)行了測(cè)試。核磁共振（1HNMR）和熱重分析（TGA）也用于評(píng)估所制備的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性。差熱分析（DSC）用于測(cè)試復(fù)合材料的熱敏性。利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-Vis）對(duì)復(fù)合材料的透明度和散射性能進(jìn)行研究。

3.結(jié)果與分析

3.1結(jié)構(gòu)分析

FTIR結(jié)果表明，單體和復(fù)合材料中均存在C=C鍵的吸收峰，但復(fù)合材料中的譜帶寬度較單體寬，這表明復(fù)合材料中單體之間的交聯(lián)作用增強(qiáng)。同時(shí)，在復(fù)合材料中還可以看到羅丹明B分子的特征吸收峰。1HNMR結(jié)果表明，復(fù)合材料中的有機(jī)成分由聚合物和單體組成。TGA結(jié)果表明，目標(biāo)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性比ChLCs單體要高。DSC結(jié)果顯示，在約50℃時(shí)，復(fù)合材料發(fā)生了相變，這表明材料具有熱敏性。

3.2光學(xué)性能分析

紅外光譜和核磁共振等實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合材料中的羅丹明B分子會(huì)與單體之間的相互作用產(chǎn)生耦合效應(yīng)，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。UV-Vis結(jié)果表明，隨著溫度的升高，復(fù)合材料的透明度略有下降，同時(shí)也出現(xiàn)了一些光散射現(xiàn)象。這表明，復(fù)合材料具有一定的溫度響應(yīng)和光響應(yīng)性能。

4.結(jié)論

本研究成功制備了一種光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行了全面的性能測(cè)試及分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合材料具有出色的熱敏性和光學(xué)性能，可以被應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、光儲(chǔ)存、光傳感等領(lǐng)域。本研究為膽甾相液晶復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：膽甾相液晶；光/熱響應(yīng)；自組裝聚合；紅外光譜；核磁共共振；熱重分析；差示掃描量熱法；UV-Vis光譜；透明度

本研究成功地制備了一種新型的光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的性能分析和測(cè)試。通過(guò)紅外光譜和核磁共振等實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中存在C=C鍵的吸收峰和羅丹明B分子的特征吸收峰，且復(fù)合材料中的譜帶寬度較單體寬，表明復(fù)合材料中單體之間的交聯(lián)作用增強(qiáng)。1HNMR結(jié)果顯示，復(fù)合材料中的有機(jī)成分由聚合物和單體組成。此外，TGA結(jié)果表明目標(biāo)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性比ChLCs單體要高，而DSC結(jié)果則顯示復(fù)合材料在約50℃時(shí)發(fā)生了相變，表明其具有熱敏性。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料中的羅丹明B分子會(huì)與單體之間的相互作用產(chǎn)生耦合效應(yīng)，導(dǎo)致其光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。隨著溫度的升高，復(fù)合材料的透明度略有下降，同時(shí)也出現(xiàn)了一些光散射現(xiàn)象，表明復(fù)合材料具有一定的溫度響應(yīng)和光響應(yīng)性能。

綜上所述，本研究成功制備的光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料具有出色的熱敏性和光學(xué)性能，可以被廣泛應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、光儲(chǔ)存、光傳感等領(lǐng)域。本研究為膽甾相液晶復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景此外，本研究還利用共振技術(shù)進(jìn)一步研究和驗(yàn)證了復(fù)合材料中羅丹明B分子的耦合效應(yīng)。共振頻率的變化與羅丹明B分子的濃度和溫度有關(guān)，表明光學(xué)性質(zhì)的變化源自于羅丹明B分子的耦合效應(yīng)。

差示掃描量熱法（DSC）是研究相變和熱響應(yīng)性能的重要方法。通過(guò)DSC測(cè)試，本研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中存在膽甾相液晶的相變，溫度為約50℃。此相變是由于復(fù)合材料中單體之間的相互作用和羅丹明B分子的影響所導(dǎo)致的。具有相變性質(zhì)的膽甾相液晶材料可以被應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、存儲(chǔ)、傳感和顯示等領(lǐng)域。

UV-Vis光譜是研究分子光學(xué)性質(zhì)的重要方法。通過(guò)UV-Vis光譜測(cè)試，本研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，復(fù)合材料的吸收峰位置有所變化，同時(shí)透明度稍有下降。這說(shuō)明羅丹明B分子的耦合效應(yīng)會(huì)影響光學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，光的散射也開(kāi)始出現(xiàn)，表明復(fù)合材料具有光響應(yīng)性能。

透明度是衡量透光性能的指標(biāo)。通過(guò)對(duì)透明度的測(cè)試，本研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的透明度隨著溫度的升高而略有下降，這與羅丹明B分子的耦合效應(yīng)和相變有關(guān)。此外，復(fù)合材料中的聚合物和單體的交聯(lián)作用也會(huì)影響透明度。

綜上所述，本研究成功制備了一種新型的光/熱響應(yīng)型膽甾相液晶復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的性能分析和測(cè)試。該復(fù)合材料具有出色的光學(xué)性質(zhì)和熱響應(yīng)性能，可應(yīng)用于光開(kāi)關(guān)、存儲(chǔ)、傳感和顯示等領(lǐng)域。此外，本研究對(duì)膽甾相液晶復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景未來(lái)，膽甾相液晶復(fù)合材料的研究還有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＲ环矫?，可以通過(guò)改變分子結(jié)構(gòu)和組成來(lái)探究其光學(xué)、熱學(xué)等性質(zhì)的變化規(guī)律。例如，可以引入不同種類(lèi)的分子、改變聚合物的交聯(lián)密度、控制羅丹明B分子的含量等方式。另一方面，可以研究其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。例如，可以將其應(yīng)用于可調(diào)節(jié)的透光度材料、溫度控制器等領(lǐng)域，進(jìn)一步驗(yàn)證其實(shí)用性和可行性。

此外，隨著納米技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的快速發(fā)展，膽甾相液晶復(fù)合材料的研究也將與之相結(jié)合，開(kāi)拓其新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，可以將其作為納米傳感材料、光子晶體材料等，探究其在微納米尺度下的性質(zhì)和特點(diǎn)。同時(shí)，也可以利用人工智能等技術(shù)，對(duì)膽甾相液晶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，進(jìn)一步指導(dǎo)其研究和應(yīng)用。

總之，膽甾相液晶復(fù)合材料作為一種新型的光/熱響應(yīng)型材料，具有巨大的潛力和應(yīng)用前景。未來(lái)的研究和應(yīng)用將進(jìn)一步推動(dòng)其發(fā)展和創(chuàng)新