基于氫鍵自組裝側鏈型超分子液晶的制備及相行為研究.pdf

1、本論文中，設計并成功合成了一種具有彎曲液晶基元和扇形尾鏈的小分子(nCBP)。利用小分子與聚(4-乙烯基吡啶)（P4VP）之間的氫鍵作用，得到了一種新型的側鏈型超分子液晶聚合物。將該體系引入到聚苯乙烯-聚(4-乙烯基吡啶)（PS-b-P4VP）的嵌段共聚物中，構筑了多層次有序的超分子液晶嵌段共聚物。首先考察了彎曲形液晶小分子的相行為和相結構。然后詳細研究了小分子接枝率，烷基尾鏈長度和溫度等因素對此側鏈型超分子液晶聚合物本體中的相行為和相

2、結構的影響；并對其薄膜中的相結構進行了初步探索。最后研究了小分子接枝率、溫度等因素對超分子液晶嵌段共聚物在本體及薄膜中多級有序結構的調控。因此，論文主要包括以下幾個方面：
　　1、通過分子結構的設計，合成了一種具有扇形尾鏈的彎曲形液晶小分子(nCBP)，即1-[4-(3,4,5-三烷氧基)苯甲酰氧基對苯氧羰基]-3-(對羥苯基氧羰基)苯，其中合成了烷基尾鏈長度分別為10C、12C和14C的三個小分子。通過氫譜核磁共振（1HNMR）

3、、元素分析（EA）、質譜（MS）對其化學結構進行了確認；并結合示差掃描量熱儀（DSC）、偏光顯微鏡（POM）、X射線小角散射（SAXS）對其相行為和相結構進行了研究。實驗結果表明，合成的小分子均具有液晶性，且自組裝形成了頭碰頭，尾鏈交纏的六方柱狀相結構。烷基尾鏈長度對小分子的相行為和相結構都具有一定影響。發(fā)現(xiàn)隨著烷基尾鏈的增長，小分子的清亮點依次降低；但其形成的有序結構尺寸相應變大。
　　2、通過溶液共混法得到了液晶小分子nCBP

4、與均聚物P4VP基于氫鍵作用形成的側鏈型超分子液晶聚合物。結合DSC、 POM以及SAXS，二維XRD等方法，分別從小分子接枝率x、烷基尾鏈長度以及溫度等三個方面研究了此類超分子液晶聚合物P4VP(nCBP)x本體中的相行為及相結構。實驗結果表明，隨著小分子接枝率x(x液晶小分子與P4VP重復單元的摩爾比)的增大，復合體系的玻璃化轉變溫度依次降低，且隨著小分子含量的增加，聚合物體系發(fā)生了從層狀液晶相到六方柱狀液晶相的轉變。同時，當烷基尾

5、鏈長度增大時，其形成的有序結構尺寸也相應變大。更有意思的是，升降溫過程中P4VP(nCBP)x復合體系會發(fā)生不可逆的層狀相到六方柱狀相的有序-有序的相轉變。此外，通過AFM，GISAXS等方法對P4VP(nCBP)x薄膜樣品中的相結構進行了初步的研究，發(fā)現(xiàn)，隨著小分子接枝率的增加，P4VP(nCBP)x樣品會由平行于基底的層狀相轉變?yōu)槠叫杏诨椎牧街鶢钕唷?br>　　3、利用溶液共混法得到了PS-b-P4VP和小分子nCBP基于氫鍵絡

6、合形成的超分子液晶嵌段共聚物PS-b-P4VP(nCBP)x，并采用旋涂法得到了此類超分子液晶嵌段共聚物的薄膜樣品。結合紅外光譜、DSC、POM、SAXS，二維SAXS等方法，研究了小分子接枝率和溫度等因素對該復合體系PS-b-P4VP(nCBP)x的相行為的影響。此外還通過GISAXS、 AFM對復合物薄膜中的形貌和相結構進行了初步研究。通過紅外光譜證實了聚合物PS-b-P4VP與小分子nCBP之間氫鍵的形成。DSC結果表明隨著小分子

7、接枝率x的增大，包含小分子的P4VP段的玻璃化轉變溫度降低而PS段玻璃化轉變溫度變化不大。通過X射線相關研究可知，將小分子引入到PS-b-P4VP嵌段共聚物中構筑了一個具有多層次多尺度有序結構的超分子液晶嵌段共聚物體系?？梢酝ㄟ^改變小分子的含量來調節(jié)P4VP段的體積分數(shù)，從而方便的實現(xiàn)了該體系從六方柱狀相-層狀相-反相柱狀相的結構轉變；升溫過程中，由于氫鍵的斷裂使得體系發(fā)生了有序-無序的相轉變，且降溫下來，相結構不可逆。在超分子液晶嵌段