纳米晶纤维素手性向列型液晶相结构的形成、调控及应用

手性材料作为一种新型功能材料,尤其是其特殊的光学性能以及在传感器、对映体分离领域的潜在应用,已经引起众多科学研究者的广泛关注。纳米晶纤维素(NCC)基手性材料以其丰富的来源、简单的合成工艺、独特的光学性质以及良好的稳定性等成为当前手性材料研究的热点。本文综述了NCC及其手性向列型液晶相的形成机制,重点介绍了NCC手性结构的调控方法,包括NCC性质、环境条件以及添加剂对其手性结构的影响。最后,总结了近几年NCC手性结构在光电材料和模板剂方面的应用研究进展。     

氨基改性纤维素纳米晶体的自组装行为研究

采用硫酸水解法制备纤维素纳米晶体(CNC),然后用环氧氯丙烷、氨水依次对其表面改性得到氨基改性的CNC (CNC-NH2),进一步采用蒸发诱导自组装(EISA)法制备CNC-NH2薄膜.通过偏光显微镜(POM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和流变测试对CNC-NH2悬浮液和薄膜的自组装行为进行研究.结果表明,CNC-NH2为棒状粒子,氨基的引入提高了其热稳定性.随着CNC-NH2悬浮液浓度增大,手性向列型液晶相逐渐形成,且干燥成膜后仍然能保持织态结构.流变测试表明,CNCNH2悬浮液显示独特的流变行为,可以观察到明显的相转变浓度和相转变温度.此外,考察了超声时间对CNC-NH2悬浮液成膜的影响.随着超声时间的延长,CNC-NH2膜由无色透明向虹彩色转变,且具有虹彩现象的膜对光的特殊波段产生吸收.     

氨基改性纤维素纳米晶体的自组装行为研究

采用硫酸水解法制备纤维素纳米晶体(CNC)，然后用环氧氯丙烷、氨水依次对其表面改性得到氨基改性的CNC (CNC-NH_2)，进一步采用蒸发诱导自组装(EISA)法制备CNC-NH_2薄膜.通过偏光显微镜(POM)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)和流变测试对CNC-NH_2悬浮液和薄膜的自组装行为进行研究.结果表明，CNC-NH_2为棒状粒子，氨基的引入提高了其热稳定性.随着CNC-NH_2悬浮液浓度增大，手性向列型液晶相逐渐形成，且干燥成膜后仍然能保持织态结构.流变测试表明，CNCNH_2悬浮液显示独特的流变行为，可以观察到明显的相转变浓度和相转变温度.此外，考察了超声时间对CNC-NH_2悬浮液成膜的影响.随着超声时间的延长，CNC-NH_2膜由无色透明向虹彩色转变，且具有虹彩现象的膜对光的特殊波段产生吸收.     

胆甾相液晶螺旋方向的光调控

光响应胆甾相液晶是一类在光刺激下通过改变液晶分子排列调控光学特性的智能“软”光子晶体材料,其分子自组装形成周期性螺旋结构,选择性地反射与自身螺旋方向相同的圆偏振光。近年来,利用光刺激诱导胆甾相液晶在左手螺旋和右手螺旋之间发生螺旋翻转的研究引起了广泛关注。胆甾相液晶的螺旋翻转能够改变反射光的圆偏振特性,有望拓展光子晶体材料在可调节滤光器、防伪与加密技术、圆偏振激光器、三维显示等领域的潜在应用。本综述重点关注光响应胆甾相液晶螺旋翻转的研究进展;总结了调控胆甾相液晶螺旋方向的两种主要策略：(1)直接引入螺旋性可逆转变的光响应手性分子开关,(2)利用光响应手性分子开关和与之螺旋性相反的手性掺杂剂之间的手性竞争;分析了分子空间构型转变对调控螺旋翻转程度的影响;并讨论了不同材料体系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。     

手性组装材料及其在对映体分离中的应用

手性组装材料作为一种新型功能复合材料,已经引起众多科学研究领域的广泛关注,尤其是其在对映体分离方面的潜在应用成为当前的研究热点。本文首先从手性来源角度对手性组装材料的构建机制进行了分类探讨,包括手性诱导、手性放大、手性传递和手性转录4个主要途径,其中具有手性的多孔金属有机骨架、纳米笼是基于手性诱导和手性传递机制构建的组装材料,手性凝胶的形成是基于手性放大机制,而手性转录机制主要用于手性多孔无机材料、螺旋纳米结构的构建。其次,介绍了手性组装材料的对映体识别功能,主要针对金属有机骨架化合物(MOFs)、手性凝胶和纳米笼三类手性组装材料在对映体分离中的应用进行了综述。阐述了天然生物大分子DNA的手性自组装特性及其对对映体的立体选择性识别功能,并介绍了DNA螺旋组装结构在手性等离子材料、非对称催化剂设计等方面的应用。最后,归纳了金属有机骨架化合物、手性凝胶、纳米笼和DNA等手性组装材料各自的优势,并对DNA在手性拆分领域的应用前景进行了展望。     

纤维素纳米晶体手性复合材料:结构色的调控与应用

结构色在自然界中扮演了重要的角色,在昆虫外骨骼、鸟类羽毛以及植物果实中广泛分布.纤维素纳米晶体(CNCs)的水悬浮液达到一定浓度时会自组装形成左旋的手性向列液晶结构,这种手性向列结构在水分挥发后仍能保持并形成光子晶体虹彩薄膜,具有极强的手性和光子晶体的双重性质.膜内的周期性层状结构与光线产生干涉、衍射作用,表现出复杂的...     

侧基含纳米构筑单元的甲壳型液晶高分子的多层次自组装

甲壳型液晶高分子可以呈现超分子柱或片层的链构象,因此可以作为超分子液晶基元形成多种液晶相态,如六方柱状相、柱状向列相、六方柱状向列相、近晶相等.将纳米构筑单元,如一维的二联苯、二维的苯并菲、三维的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)等,引入到甲壳型液晶高分子中,所得聚合物可以自组装形成在亚十纳米和近纳米尺度的多级有序结构.这些结构具有尺寸可控及单分散的优点,可望在有机光电、纳米多孔膜以及纳米光刻等领域有着广阔的应用前景.本文主要介绍了将二联苯、偶氮苯、棒状多苯结构、苯并菲和POSS基元引入到甲壳型液晶高分子中制备多级组装结构的相关工作.     

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.     

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.     

非手性聚合物体系中超分子手性的存储及自修复

从非手性组装基元出发构建超分子手性材料一直是手性研究领域的一个挑战性课题,其不仅可以避免复杂的合成步骤与使用昂贵的手性原料,而且可以从本质上理解手性材料中手性的起源究竟是什么.一般的手性诱导均依赖于非共价键相互作用作为手性传递的媒介,但这一弱相互作用很容易受到外界环境例如温度、光照以及溶剂的影响从而导致手性组装结构被破坏.近日,苏州大学张伟等在非手性侧链型液晶聚合物体系中,结合手性诱导与共价键交联的方式实现了超分子手性的长久记忆,并且这一有序结构仍可对外界条件的改变做出响应.即使手性被短暂擦除,其也可依赖存储于共价交联网络中的手性信息实现手性自修复(chiral self-recovery).这一工作有望为未来多功能手性材料的设计提供新的思路.     

多肽超分子手性自组装与应用

多肽分子作为一类重要的生物手性小分子,能够通过分子自组装形成包括纳米螺旋、纳米管、手性凝胶等在内的有着独特生物效应和光学活性的手性纳米材料。这类材料具有易于功能化修饰的优点,在化学、生物、医药、材料科学等领域有着广泛应用,成功对多肽手性自组装结构进行精准多级调控,是进一步实现其功能化应用的基础。本文重点介绍了多肽分子氨基酸序列组成与构型等内部因素,以及溶液pH、溶剂、添加剂等外界因素对多肽分子手性自组装行为的影响,并归纳得出其关键作用机制;同时,还介绍了多肽手性自组装材料在手性催化、手性检测、模板合成、手性光学等领域的应用。     

非手性液晶聚合物中超分子手性结构的诱导与光照固定

超分子手性结构由于其形成所需的非共价相互作用力较弱，因此极易在外界条件刺激下发生解离，从而导致手性消失。在绝大多数情况下，以非手性单元为组装模块的组装体系中超分子手性结构在外部环境刺激下被破坏后无法恢复。为了提高超分子手性结构的稳定性，克服其对原有手性源的依赖性，设计合成了一种侧链型非手性苯甲酸苯酯液晶聚合物，在聚合物侧链末端引入肉桂酸结构作为交联基团。将手性柠檬烯的手性诱导与简单的光照交联结合即可实现超分子手性的共价键固定，极大地简化了交联过程，为手性材料的制备与手性信息存储提供了新的策略。     

纤维素纳米晶的空间受限自组装: 从胶体液晶到功能材料

作为最有前途的生物衍生材料之一, 纤维素纳米晶体(CNCs)具有来源广泛、 生物相容性好和可形成光子结构等优点, 在能源、 生物医学和光子材料领域具有重要的应用价值. 本文总结了CNCs的制备、 CNCs形成的胆甾型胶体液晶及CNCs衍生的光子材料的研究进展, 重点评述了CNCs在液滴和毛细管中的自组装和基于CNCs空间受限组装的功能材料研究进展, 并讨论了空间受限CNCs自组装研究面临的挑战和未来的发展方向.     

三维自组装蓝相液晶光子晶体

蓝相液晶由于其独特的三维自组装结构、可见光波段的选择性光反射性能和软物质特性,被认为是最具发展潜力的可调三维光子晶体材料之一,在下一代超快响应显示、反射型显示、可调激光器和光通信等领域具有广阔的应用前景。本文综述了近年来蓝相液晶自组装结构的研究进展,包括蓝相的多级自组装三维微纳结构及子相相变行为的最新研究,通过基板表面取向处理或纳米图案化诱导、电场诱导、热处理诱导等方法控制蓝相自组装行为和三维周期性晶体结构的研究现状,以及蓝相光子晶体材料在可调谐激光器、可调光栅等光学器件领域的应用研究,最后对该领域的目前存在的挑战和未来发展方向进行了展望。     

手性丙烯酸酯侧链液晶共聚物的研究

手性丙烯酸酯侧链液晶共聚物的研究何流，张树范，漆宗能，王佛松（中国科学院化学研究所北京１０００８０）关键词手性液晶，近晶相，丙烯酸酯共聚物侧链液晶聚合物既具有小分子液晶的光电敏感性，又具有高分子聚集态结构性质，在光学记录、贮存和显示材料领域有潜在的实...     

具有不同柱状结构的苯并菲盘状液晶化合物的合成及自组装

合成了3种含有不同长度烷基链的苯并菲盘状液晶化合物; 通过1H NMR 和 MALDI-TOF MS对其结构进行了表征; 利用差示扫描量热法(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和小角X射线散射实验(SAXS)对3种液晶化合物的自组装行为进行了研究. 结果表明, 烷基链的长度对苯并菲盘状液晶化合物自组装结构的影响显著. 柔性链为辛基的苯并菲盘状液晶化合物自组装成六方柱状液晶相; 柔性链为十二烷基的化合物自组装成倾斜柱状液晶相; 而柔性链为十六烷基的化合物则未形成液晶相.     

原位可控构筑多层次超分子手性聚合物组装体

多层次超分子手性结构的高效可控构筑是手性材料研究和应用领域的一个关键问题,面临诸多挑战。近来,苏州大学张伟教授团队基于偶氮苯聚合物的疏溶剂性和液晶性提出了一种原位可控制备多层次超分子手性聚合物组装体的策略—聚合诱导手性自组装,在偶氮苯单体聚合的同时实现多层次和不同尺度的超分子自组装和手性传递。该策略克服了传统高分子溶液自组装繁琐耗时的缺点,易于结构调控和规模制备。     

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。     

2,5-二取代的噻酚类化合物的合成,液晶及光谱性能研究

本文合成了两系列2,5-取代的噻吩类衍生物1a-1f: 2,5-二（对烷氧基苯基乙炔基）噻吩和2a-2b: 2,5-二[(对烷氧基苯基乙炔基）-对-苯基乙炔基]噻吩)]并通过¹H NMR, ¹³C NMR, HRMS和元素分析对其结构进行了表征。研究了结构与液晶性和光谱性之间的关系，结果表明：化合物1a-1f均为互变型向列相液晶，其液晶相通过DSC、PXRD和偏光显微镜得到确证，而具有更长共扼结构的化合物2a-2b却没有液晶性。分子结构中增加苯基乙炔基团，吸收光谱和发射光谱均发生红移，发光量子效率也显著提高。