基于剛性多臂水溶分子的超分子液晶研究.pdf

1、中國科學技術(shù)大學博士學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科專業(yè)導師姓名完成時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，超分子液晶由于耦合了超分子自組裝的多級結(jié)構(gòu)與液晶的獨特性質(zhì)，為高級液晶結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的多重功能實現(xiàn)開辟了一條嶄新的道路，因而在材料科學研究領(lǐng)域備受關(guān)注。目前人們已設(shè)計并合成了各種幾何形狀和拓撲結(jié)構(gòu)的分子建造單元，如棒狀、扇形、錐形、盤狀、以及其他奇異形狀的分子，并通過在分子間耦合多

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、以及生物功能實現(xiàn)等方面具有良好的應(yīng)用價值。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報道。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)、對稱性、臂種類、官能團分布等方面去調(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)計并合成了一系Y0#t圍帶離子基團的全剛性多臂分子，然后通過多種結(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、臂末端離子基團分布等因素，從而使目標合成分子具有不同的幾何形狀及結(jié)構(gòu)對稱性。(2

4、)通過POM，XRD，CD，IR等研究方法，研究了C3對稱和不對稱全剛性分子(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獨特的性質(zhì)。一是六方相容易被剪切造成宏觀取向，進而導致液晶體系呈現(xiàn)各向異性的離子電導率；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)手性對稱破缺的特性。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電材料及其他功能液晶材料方面具有重要的應(yīng)用價值，還預示著我們可以僅由非手性的分子出發(fā)制備出具有光學活性的液晶材料。(3)以全剛性的香蕉形P52C分子為研究對象，通過XRD，POM，TEM等研究手段，從置換離子種類、樣品分子濃度、離子置換比例等方面，詳細研究了P52C分子置換離子前后在水中的超分子組裝結(jié)構(gòu)。