胆甾相液晶结构色的光调控

胆甾相液晶是一类具有周期性螺旋超结构的软光子晶体,能够选择性地反射不同波长的光产生结构色.在向列相液晶中掺杂光响应手性分子是制备光响应胆甾相液晶的普遍方法.在外界光源的刺激下,光响应手性分子的空间结构改变,诱导螺旋超结构的螺距发生变化,从而调控胆甾相液晶的结构色,因此光响应胆甾相液晶在滤光器、传感器、可调光学激光器和动态显示等领域具有广阔的应用前景.总结了不同光响应手性分子构筑的胆甾相液晶体系,分析了手性分子结构设计对胆甾相液晶结构色调控的影响,最终讨论了光响应胆甾相液晶目前面临的挑战以及未来的发展方向.     

胆甾相液晶在光学材料中的研究进展

胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物,其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。在液晶相状态下具有独特的光学特性,类似一维光子晶体,具有选择性布拉格反射,因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了胆甾相液晶的光学特性,系统阐述了其在光学材料领域的研究进展和前景。     

基于胆甾相液晶的可调制光子晶体

将胆甾相液晶填充进胶体晶体内部空隙, 通过胆甾相液晶与胶体晶体的耦合, 构建了一种新型可调制液晶光子晶体. 填充于胶体晶体内部的胆甾相液晶织构呈现典型的手性近晶相(S)特征. 由于胆甾相液晶具有特定的选择性反射, 当胶体晶体的带隙处于胆甾相液晶的反射波长范围之内, 则随着温度的改变, 胶体晶体的带隙与胆甾相液晶的带隙同时发生蓝移. 在一定温度条件下, 胆甾相液晶的带隙将与胶体晶体的带隙发生耦合, 实现了光子晶体带隙在单峰与双峰之间的可逆切换.     

智能响应蓝相液晶光子晶体

具有刺激响应性的智能驱动材料已成为材料科学领域的研究热点之一。液晶的超分子自组装结构与其刺激响应特性使其在新型智能功能材料的开发应用上具有天然优势。蓝相液晶由于其独特的三维超分子自组装结构、软物质特性以及可见光波段的选择性光反射,被认为是最具潜力的智能光子晶体材料之一。在温度、光照、电场、湿度等外场刺激作用下,蓝相超分子自组装结构的晶体学参数或相态非常容易发生变化,造成光子带隙的改变进而呈现出反射颜色的变化。因此,蓝相的外场响应性能及在智能材料上的应用引起了研究者的广泛关注。本文综述了智能响应蓝相液晶光子晶体外场响应性能方面的前沿动态,对蓝相液晶光子晶体的光、磁、电、力、湿度响应等方面取得的系列重要的研究成果进行了总结,并对该领域目前存在的挑战以及未来发展趋势做出展望。     

甲壳素类液晶高分子的研究--用CD谱研究N-邻苯二甲酰化壳聚糖溶致胆甾相的形成临界浓度

N邻苯二甲酰化壳聚糖在多种常见有机溶剂中能形成胆甾液晶相.用圆偏光二向色性谱(CD)研究了N邻苯二甲酰化壳聚糖的DMF、DMSO、DMAC和吡啶4种溶剂体系,在形成溶致胆甾液晶相前后的手性变化信息.CD谱图上观测到两类吸收,即在400nm附近较宽的吸收和330nm附近较尖锐的吸收.前者归属于胆甾相层片的超分子螺旋构象,而后者可以归属于分子链的螺旋构象.圆偏光二向色性可以作为测量胆甾液晶临界浓度的一种手段,它能捕捉到胆甾螺旋层片出现那一瞬间的浓度,以CD谱上在波长400nm左右刚出现肩峰的浓度为临界浓度,其值均比偏光显微镜法低1%,说明其灵敏度比偏光显微镜法高,且避免了偏光显微镜法的某种主观性.分别用两种方法旋转玻片进行CD测试,结果证明线性二向色性分量和双折射分量对胆甾层片螺旋的CD信号强度没有大的影响.     

液晶自组装多层级结构及其应用

液晶的分层组装与刺激响应特性使其在先进功能材料的开发与应用领域具有独特的优势.通过特定的技术手段诱导其自组装行为,可带来新奇的光学、机械、电磁等性能,进而实现一系列全新的技术应用.本文主要针对近晶相、胆甾相、蓝相这三种特殊的液晶相态,系统介绍了多形态焦锥畴结构,分层油纹,螺旋结构,双螺旋扭曲柱立方晶格等多层级结构,重点论述了材料组分优化,几何结构限制以及外场激励等条件下液晶多层级结构的大面积精细操控,回顾了其在粒子操控、表面改性、光子技术等领域的相关技术应用,并总结展望了液晶组装技术与应用的发展前景.     

显示用的液晶材料

液晶不同于一般的气体、液体、固体,是介于液体与晶体之间的一种介晶状态。当这种物质被加热熔解后,得到混浊液体,这种混浊液体具有晶体的光学性质,再加热到一定温度以后,就变成透明的液体,具有这种特性的物质称之为液晶。根据液晶的不同状态,可分为近晶相、向列相、胆甾相三种。近晶相的外观是混浊而有粘性。向列相虽是混浊,但有流动性,将其置于玻璃板上,用正交的偏振光板观察,可见到线状网纹。胆甾相从外观上也是混浊而有流动性。这三种状态(近晶相、向列相、胆甾相)在分子排列方面是不同的。其分子排列模型及分子结构举例见图1。近晶相:由棒状或片状分子组成,分子排列成层,     

手性分子光开关研究进展

介绍了近年来发展起来的不同类型的手性光开关分子, 如手性螺烯、偶氮苯、二芳基乙烯、螺吡喃、联二萘、俘精酸酐、胆红素-IIIα, 手性光致变色聚合物等; 讨论了分子手性光开关材料特殊的光致异构性质, 综述了该材料在信息存储等应用方面的研究状况, 并展望了手性光开关材料的研究前景.     

含手性亚胺侧基聚苯乙烯衍生物的设计及其在酸碱诱导下的手光响应性质

以N-(2-羟基-1-萘基)亚甲基-(S)-α-苯基乙胺为模型分子,考察了脱质子前后该手性Schiff碱溶液手光性质的变化,利用DFT计算探讨手光信号反转机理.结果表明,手光反转源于分子内氢键的断裂与形成及伴随的C—C单键旋转所引起的构象转变,且前后2种构象处于拟对映关系.这一发现意味着通过单键旋转操控分子构象转变可作为构建手性开关的一种有效途径.在此基础上设计、合成了苯乙烯型手性功能单体(VNP)及相应的光学活性聚合物.由于邻位基团的协同效应,聚合物的手光性质对酸碱刺激表现出比单体更灵敏的响应性和可重复性.当循环加入H+和OH-时,聚合物溶液的CD信号(382 nm处的Cotton效应)以"ON"-"OFF"方式发生可逆转变,以此为输出信号可无损耗重复至少5次,实现了通过酸碱调控的无损输出的新型聚合物基手性开关.此外,基于该手性开关体系构建了典型的"禁阻"(IHIBIT)分子逻辑门.     

磁场对乙基纤维素胆甾型液晶相的影响

高分子胆甾型液晶相是一个在高分子和液晶领域都引起广泛兴趣的课题,不仅因为自然界中的多种生物大分子,如纤维素,多肽,DNA等可以形成胆甾型液晶相;而且由于胆甾相具有特殊的螺旋结构(如图1所示),能产生一些特殊的光学性能,如强烈的旋光性,圆二色性和选择性反射光性能等;并带来相应的应用,正是由于高分子胆甾相材料的性能和应用,使得高分子胆甾相液晶的相态转变和结构变化也一直倍受关注。     

乙基纤维素液晶的螺旋性质及影响因素的研究

以乙基纤维素／丙烯酸体系为例，对乙基纤维素液晶的胆甾相性质及其影响因素进行了研究，测定了体系胆甾相结构的螺距。结果表明，乙基纤维素／丙烯酸液晶体的螺旋方向为左旋，随溶液液浓度的增大，胆甾相结构的螺距减小。胆甾相结合的螺距还明显地受到温度，压力、溶剂组成，高分子掺杂等因素的影响。     

光响应形变液晶聚合物的结构与应用

液晶聚合物能够在外界刺激下发生形状变化,是一类重要的柔性智能材料。其中液晶有序排列的改变诱导材料的宏观形变。光响应聚合物具有可远程操作、易于控制等特点,在刺激响应性聚合物的设计中受到了广泛关注。将具有光响应性的基团引入到液晶聚合物体系中,可以得到一系列具有重要应用前景的光致形变材料。本文综述了近年来光响应形变液晶聚合物的研究进展,总结了光响应液晶聚合物的分子设计与响应原理,包括光致异构化响应型、光致生热响应型和多重刺激响应型;介绍了光响应液晶聚合物柔性执行器在仿生功能、能量转换和柔性机器人等领域的应用;展望了未来的研究方向与应用前景。     

具有宽波反射特性的胆甾相液晶固体薄膜材料的研究

采用两步聚合法得到了具有宽波反射特性的固体胆甾相液晶薄膜,首先通过聚合物稳定胆甾相液晶制备了螺旋结构的高分子网络,然后灌入具有不同螺距的可聚合的胆甾相小分子液晶单体混合物,经紫外光照射聚合后获得了能够反射可见光区(450～780 nm)覆盖红蓝绿三色光的胆甾相液晶固体薄膜.扫描电镜测试结果表明,胆甾相液晶固体薄膜的断面...     

超分子组装体激发态手性的响应性

圆偏振发光主要是指手性发光体系激发态的性质。由于其在信息加密、高分辨3D显示和智能传感器等领域的潜在应用而备受关注。圆偏振光除了可以通过物理方法获得,即使用线偏振片和四分之一波片的组合,还可以直接从具有光致发光或电致发光性质的手性材料中获得。目前研究者们已经开发了多种圆偏振发光材料,主要包括手性有机分子、手性金属配合物等小分子发光体系以及手性超分子组装体等复合体系。通过将手性组分与响应性功能基团结合而构筑的响应性自组装发光体系对实现智能圆偏振发光材料的发展起着重要作用。在这篇文章里,我们对手性超分子自组装发光体系对各种外界刺激的响应性能进行了总结和归纳,如光照、pH值、溶剂、温度、金属离子等。本综述通过对各种外部刺激对手性组装体激发态性能影响的总结和讨论,旨在进一步推动智能圆偏振发光材料在多学科领域的应用。     

甲壳素类液晶高分子的研究Ⅶ.N,O-苄基壳聚糖的胆甾螺旋行为

N ,O-苄基壳聚糖在浓溶液中形成胆甾液晶相 .用圆偏光二向色性谱 (CD)研究了这一聚合物的螺旋行为 ,主要包括螺距和螺旋方向 .浓度越高 ,螺距P越大 ,意味着胆甾相的扭转力随浓度增加而减弱 .CD谱图上观测到两类吸收 ,即在 5 70nm附近较宽但较强的吸收和 330nm附近较尖但较弱的吸收 .前者归属于胆甾相层片的超分子螺旋构象 ,而后者可以归属于分子链的螺旋构象 .改变浓度或溶剂性质时这两个层次的构象都会发生符号的变化 .提高浓度 (固定二氧六环为溶剂 )时两种螺旋结构先后发生反转 .以氯仿为溶剂 (固定浓度为 6 5 % )时两种螺旋结构均为左旋 (正Cotton效应 ) ,但二氧六环和四氢呋喃为溶剂时均变为右旋 (负Cotton效应 ) .溶剂的影响可能与溶剂和高分子间形成氢键的能力有关     

乙烯基二联苯单体的螺旋选择性自由基聚合

为了深入理解乙烯基二联苯单体自由基聚合过程中的手性传递,进行了手性单体(+)-2-[(S)-异丁氧羰基-5-(4′-己氧基苯基)苯乙烯、非手性单体2-丁氧羰基-5-(4′-己氧基苯基)苯乙烯的均聚反应及它们二者的共聚反应,探讨了聚合温度和溶剂性质对手性单体均聚物旋光活性、手性单体含量对共聚物旋光活性以及聚合反应溶剂的超分子手性对共聚物旋光活性的影响.研究发现,降低聚合温度、采用液晶性反应介质有利于得到旋光度大的聚合物;少量手性单体的引入即可诱导共聚物形成某一方向占优的螺旋构象,比旋光度随手性单体的含量增加呈线性增长;在胆甾相液晶中制备的非手性单体聚合物不具有光学活性.这些结果表明,该类乙烯基二联苯聚合物具有动态螺旋构象,其光学活性主要依赖于主链的立构规整度和侧基不对称原子的手性.     

手性无机纳米材料圆偏振发光的研究进展

手性无机纳米材料因为具有优异的光物理特性及广泛的应用价值而备受关注。通过采用手性配体对无机纳米材料的表面进行修饰或将无机纳米材料与手性模板进行组装获得的手性结构,可以与光子强烈作用引起偏振态的改变,产生圆偏振光(circularly polarized light, CPL)。从产生机理来讲,CPL主要包括圆偏振荧光和圆偏振散射,在一些情况下这两个机理是共存的。本文总结了硫族半导体纳米材料、金属纳米团簇、钙钛矿、镧系配合物及其他复合纳米材料中CPL的研究进展。此外,还讨论了不同的手性无机纳米材料中CPL的主要来源。本综述得出的结论有望在分子水平上实现对CPL活性材料的各向异性因子进行调控,促进其在量子计算、光学数据存储、信息加密、3D显示器和光学传感等多个领域的发展。     

基于电致酸/碱理论的手性光学切换体系

手性分子光学开关在光学储存、 光学通信以及三维立体显示等领域有着重要的应用价值. 但是目前的手性分子光学开关存在材料种类少、 光学可调性差、 稳定性差等缺点, 如何构筑出具有高光学可调性以及稳定性的手性光学切换体系依旧是一项严峻的挑战. 本工作基于电致酸/碱理论, 通过将手性联萘官能团引入到酸响应的罗丹明主体结构中, 设计并合成了一种新型的酸响应手性光学开关分子, 并将其与电致酸材料相结合, 成功实现了电场驱动的手性光学开关过程, 开发了一种新型的手性光学切换体系. 发现在合适的电场控制下, 其颜色、 荧光以及圆二色谱信号均能发生可逆的变化. 这种方法为构筑新型手性光学开关体系提供了一种新思路, 对手性光学开关材料的应用拓展具有重要的参考价值.     

近红外光响应液晶弹性体

刺激-响应液晶弹性体是一类新兴的智能聚合物材料,其在外界刺激(热、光、电、磁场等)下会产生大尺寸的可逆形变,因此具有广阔的应用前景。由于单轴取向的液晶基元的微观顺序或分子结构的变化,整个液晶弹性体材料在液晶相向各向同性相转变过程中可以发生非常大的可逆宏观形变。其中,由于近红外光的强穿透力和对生物组织的低毒性,近红外光响应液晶弹性体受到了科学家们的广泛关注。近红外光响应液晶弹性的变形机制主要分为两大类。一种是通过掺杂无机或有机上转换材料将近红外光转化为低波长的光,激发偶氮苯发生顺反异构化。另一种近红外光响应液晶弹性体利用导热填料的光热效应将光转化为热,从而进一步诱导液晶相向各向同性相转变,从而使液晶弹性体材料发生形变。这些优点使近红外光响应液晶弹性体具有潜在的应用价值,如驱动器、人造器官、智能表面和微型机器人等。本文综述了近红外激光响应材料的研究进展,详细介绍了近红外光响应材料的主要变形机理及其应用,并对近红外光响应液晶弹性体和软驱动器的发展前景进行了展望。     

手性螺旋聚合物的合成和结构控制

随着近些年研究的投入,越来越多的手性螺旋聚合物被合成出来并应用于手性分离和光电材料等领域,螺旋聚合物根据螺旋翻转壁垒的大小可以分为静态螺旋聚合物和动态螺旋聚合物.主要聚焦于手性聚异氰酸酯、手性聚异腈和手性聚乙炔三类手性螺旋聚合物的合成和结构控制,介绍手性单体聚合、螺旋选择性聚合、手性诱导和手性放大等几种手性螺旋聚合物的合成方法,同时也介绍了构象调控、聚合诱导自组装等光学活性螺旋聚合物的合成方法.