基于剛性多臂水溶分子的超分子液晶研究.pdf

1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文基于剛性多臂水溶分子的超分子液晶研究作者姓名學(xué)科專(zhuān)業(yè)導(dǎo)師姓名完成時(shí)間王道亮同步輻射及應(yīng)用李良彬教授二。一三年四月二十日摘要近年來(lái)，超分子液晶由于耦合了超分子自組裝的多級(jí)結(jié)構(gòu)與液晶的獨(dú)特性質(zhì)，為高級(jí)液晶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的多重功能實(shí)現(xiàn)開(kāi)辟了一條嶄新的道路，因而在材料科學(xué)研究領(lǐng)域備受關(guān)注。目前人們已設(shè)計(jì)并合成了各種幾何形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分子建造單元，如棒狀、扇形、錐形、盤(pán)狀、以及其他奇異形狀的分子，并通過(guò)在分子間耦合多

2、種超分子作用力，成功構(gòu)筑了各種有序結(jié)構(gòu)和不同物理性質(zhì)的超分子液晶?；诔肿右壕У墓δ懿牧弦苍陔娮印㈦x子和分子傳輸、傳感、催化、以及生物功能實(shí)現(xiàn)等方面具有良好的應(yīng)用價(jià)值。然而在超分子液晶大量的研究工作中，極少有關(guān)于全剛性多臂分子用于構(gòu)筑溶致超分子液晶的文獻(xiàn)報(bào)道。剛性多臂分子作為新型溶致液晶的建造單元，不僅能給予組裝體更強(qiáng)的分子間作用力和更穩(wěn)固的超分子結(jié)構(gòu)，還有利于我們從多臂分子的幾何結(jié)構(gòu)、對(duì)稱(chēng)性、臂種類(lèi)、官能團(tuán)分布等方面去調(diào)控超分子液晶

3、的結(jié)構(gòu)和性能。根據(jù)上述分析，本論文首先設(shè)計(jì)并合成了一系Y0#t圍帶離子基團(tuán)的全剛性多臂分子，然后通過(guò)多種結(jié)構(gòu)和性能表征手段，研究了系列多臂分予在水中的溶致超分子液晶行為。本論文主要的研究工作和獲得結(jié)果如下：(1)設(shè)計(jì)并合成了九種全剛性多臂分子(P73，P72，P71，P83，P52C，P62C，P72C，P64，P104)，變化參量包括分子臂數(shù)目、疏水臂長(zhǎng)、臂末端離子基團(tuán)分布等因素，從而使目標(biāo)合成分子具有不同的幾何形狀及結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性。(2

4、)通過(guò)POM，XRD，CD，IR等研究方法，研究了C3對(duì)稱(chēng)和不對(duì)稱(chēng)全剛性分子(P73，P72，P71)在水中的自組裝行為。發(fā)現(xiàn)剛性三臂分子在水中以三股螺旋的組裝方式形成納米微管，納米微管在高濃度下進(jìn)一步排列形成六方相液晶結(jié)構(gòu)，一定程度的臂末端離子缺陷及濃度變化都不會(huì)破壞螺旋微管的組裝方式。此外，研究還發(fā)現(xiàn)形成的六方液晶相具有兩個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)。一是六方相容易被剪切造成宏觀取向，進(jìn)而導(dǎo)致液晶體系呈現(xiàn)各向異性的離子電導(dǎo)率；二是非手性的三臂分子構(gòu)

5、建的超分子液晶出現(xiàn)了宏觀的手性，表明這些液晶體系具有自發(fā)手性對(duì)稱(chēng)破缺的特性。這些有趣的研究結(jié)果不僅表明全剛性三臂分子在制備低維度離子導(dǎo)電材料及其他功能液晶材料方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值，還預(yù)示著我們可以?xún)H由非手性的分子出發(fā)制備出具有光學(xué)活性的液晶材料。(3)以全剛性的香蕉形P52C分子為研究對(duì)象，通過(guò)XRD，POM，TEM等研究手段，從置換離子種類(lèi)、樣品分子濃度、離子置換比例等方面，詳細(xì)研究了P52C分子置換離子前后在水中的超分子組裝結(jié)構(gòu)。