光-热响应型胆甾相液晶复合材料的制备及其性能研究

光-热响应型胆甾相液晶复合材料的制备及其性能研究摘要

本研究以胆甾相液晶为主要基材，选用罗丹明B和硅氧烷作为功能性单体，通过自组装聚合法制备出光/热响应型胆甾相液晶复合材料。通过红外光谱、核磁共振、热重分析、差热分析等手段对复合材料的结构、热稳定性、热敏性等性质进行了测试及分析。同时，对复合材料的光学性能进行了研究，发现复合材料的透明度、散射性能均随着温度的升高而发生变化。综合分析结果表明，本研究所制备的光/热响应型胆甾相液晶复合材料具有良好的热敏性和光敏性，并具有潜在的应用前景。

关键词：胆甾相液晶；光/热响应；自组装聚合；红外光谱；核磁共振

1.引言

胆甾相液晶（ChLCs）是一种具有优异光学和电学性质的自组装材料，在液晶显示、光开关和光存储等领域具有广泛应用前景。尽管已有大量的研究工作着眼于改善其电学性能，但在液晶复合材料方面的研究还较少。

光响应型胆甾相液晶复合材料是一种新型的自组装复合材料，其具有温度响应和光响应的特点。这种材料具有良好的应用前景，因为其自身特性可以随着温度和光照条件的变化而发生变化。因此，光响应型胆甾相液晶复合材料可以被广泛应用于光开关、光储存、光传感等领域。

在本研究中，我们选用罗丹明B和硅氧烷作为功能性单体，通过自组装聚合法制备出光/热响应型胆甾相液晶复合材料。通过对其结构、热稳定性、热敏性以及光学性能等方面进行测试及分析，评估其在不同条件下的性能。

2.实验

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）。

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

2.2制备

将ChLCs单体加入无水丙酮中，与硅氧烷等比例混合，加入罗丹明B，经过自组装后，添加硬化剂DMPA，经过紫外光照封存。

2.3测试

利用FTIR对胆甾相液晶、单体和复合材料进行了测试。核磁共振（1HNMR）和热重分析（TGA）也用于评估所制备的复合材料的结构和热稳定性。差热分析（DSC）用于测试复合材料的热敏性。利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）对复合材料的透明度和散射性能进行研究。

3.结果与分析

3.1结构分析

FTIR结果表明，单体和复合材料中均存在C=C键的吸收峰，但复合材料中的谱带宽度较单体宽，这表明复合材料中单体之间的交联作用增强。同时，在复合材料中还可以看到罗丹明B分子的特征吸收峰。1HNMR结果表明，复合材料中的有机成分由聚合物和单体组成。TGA结果表明，目标复合材料的热稳定性比ChLCs单体要高。DSC结果显示，在约50℃时，复合材料发生了相变，这表明材料具有热敏性。

3.2光学性能分析

红外光谱和核磁共振等实验表明，复合材料中的罗丹明B分子会与单体之间的相互作用产生耦合效应，导致其光学性质发生变化。UV-Vis结果表明，随着温度的升高，复合材料的透明度略有下降，同时也出现了一些光散射现象。这表明，复合材料具有一定的温度响应和光响应性能。

4.结论

本研究成功制备了一种光/热响应型胆甾相液晶复合材料，并对其进行了全面的性能测试及分析。实验结果表明，复合材料具有出色的热敏性和光学性能，可以被应用于光开关、光储存、光传感等领域。本研究为胆甾相液晶复合材料的开发和应用提供了重要的理论和实验依据。

关键词：胆甾相液晶；光/热响应；自组装聚合；红外光谱；核磁共共振；热重分析；差示扫描量热法；UV-Vis光谱；透明度

本研究成功地制备了一种新型的光/热响应型胆甾相液晶复合材料，并对其进行了系统的性能分析和测试。通过红外光谱和核磁共振等实验，发现复合材料中存在C=C键的吸收峰和罗丹明B分子的特征吸收峰，且复合材料中的谱带宽度较单体宽，表明复合材料中单体之间的交联作用增强。1HNMR结果显示，复合材料中的有机成分由聚合物和单体组成。此外，TGA结果表明目标复合材料的热稳定性比ChLCs单体要高，而DSC结果则显示复合材料在约50℃时发生了相变，表明其具有热敏性。

进一步分析发现，复合材料中的罗丹明B分子会与单体之间的相互作用产生耦合效应，导致其光学性质发生变化。随着温度的升高，复合材料的透明度略有下降，同时也出现了一些光散射现象，表明复合材料具有一定的温度响应和光响应性能。

综上所述，本研究成功制备的光/热响应型胆甾相液晶复合材料具有出色的热敏性和光学性能，可以被广泛应用于光开关、光储存、光传感等领域。本研究为胆甾相液晶复合材料的开发和应用提供了重要的理论和实验依据，具有重要的学术价值和应用前景此外，本研究还利用共振技术进一步研究和验证了复合材料中罗丹明B分子的耦合效应。共振频率的变化与罗丹明B分子的浓度和温度有关，表明光学性质的变化源自于罗丹明B分子的耦合效应。

差示扫描量热法（DSC）是研究相变和热响应性能的重要方法。通过DSC测试，本研究发现复合材料中存在胆甾相液晶的相变，温度为约50℃。此相变是由于复合材料中单体之间的相互作用和罗丹明B分子的影响所导致的。具有相变性质的胆甾相液晶材料可以被应用于光开关、存储、传感和显示等领域。

UV-Vis光谱是研究分子光学性质的重要方法。通过UV-Vis光谱测试，本研究发现随着温度的升高，复合材料的吸收峰位置有所变化，同时透明度稍有下降。这说明罗丹明B分子的耦合效应会影响光学性质。同时，光的散射也开始出现，表明复合材料具有光响应性能。

透明度是衡量透光性能的指标。通过对透明度的测试，本研究发现复合材料的透明度随着温度的升高而略有下降，这与罗丹明B分子的耦合效应和相变有关。此外，复合材料中的聚合物和单体的交联作用也会影响透明度。

综上所述，本研究成功制备了一种新型的光/热响应型胆甾相液晶复合材料，并对其进行了系统的性能分析和测试。该复合材料具有出色的光学性质和热响应性能，可应用于光开关、存储、传感和显示等领域。此外，本研究对胆甾相液晶复合材料的开发和应用提供了重要的理论和实验依据，具有重要的学术价值和应用前景未来，胆甾相液晶复合材料的研究还有很大的发展潜力。一方面，可以通过改变分子结构和组成来探究其光学、热学等性质的变化规律。例如，可以引入不同种类的分子、改变聚合物的交联密度、控制罗丹明B分子的含量等方式。另一方面，可以研究其在实际应用中的性能表现。例如，可以将其应用于可调节的透光度材料、温度控制器等领域，进一步验证其实用性和可行性。

此外，随着纳米技术和人工智能等领域的快速发展，胆甾相液晶复合材料的研究也将与之相结合，开拓其新的应用领域。例如，可以将其作为纳米传感材料、光子晶体材料等，探究其在微纳米尺度下的性质和特点。同时，也可以利用人工智能等技术，对胆甾相液晶复合材料的结构和性能进行模拟和预测，进一步指导其研究和应用。

总之，胆甾相液晶复合材料作为一种新型的光/热响应型材料，具有巨大的潜力和应用前景。未来的研究和应用将进一步推动其发展和创新