利用主链型偶氮苯液晶性嵌段共聚物构筑层状相分离液晶弹形体薄膜

本项目将通过主链型偶氮苯液晶性嵌段共聚物构筑层状相分离结构光致动液晶弹性体功能薄膜，以解决目前光致动偶氮苯类液晶弹性体响应伸缩率低、能量转化效率低等制约材料应用的瓶颈问题。主要研究内容包括：设计并合成主链含偶氮苯介晶基元的液晶性嵌段共聚物。通过调整聚合度、嵌段比例、溶剂和基底诱导条件等实现层状RNR相分离结构。原位辐照交联，获得弹性体薄膜材料。在此基础上通过调整交联密度、交联点空间拓扑结构及支化度等优化材料的伸缩率、应变强度、响应速度以及抗疲劳性等宏观物理性能。建立分子结构、凝聚态同光机械性能间的对应关系，为制备高性能光响应智能软驱动材料奠定基础

本项目计划以主链偶氮苯液晶性聚合物为骨架构筑能够进行层状相分离结构的液晶弹性体功能薄膜进而实现材料在光子晶体等光控器件方面的应用。项目开展之后，重点围绕主链偶氮苯点击化学的聚合控制进行了深入的研究。研究中，通过聚合物单体的修饰与改性实现了三类可溶性主链偶氮苯聚合物的合成，并通过共聚等手段探讨了偶氮苯聚合物的结晶或液晶行为。研究表明，主链偶氮苯聚合物虽然具有与光致伸缩相一致的取向关系，但偶氮苯自身较强的结晶能力限制了聚合物在常规溶剂中的溶解能力。引入大尺寸单体或带有长烷基侧链的单体后，聚合物的溶解能力会得到大幅改进，但也因此失去了液晶性质，即使采用多种单体共聚的方式也很难实现偶氮苯的结晶有效控制。另一方面，点击聚合在偶氮苯液晶聚合物的合成中的确起到了控制分子量及其分布的作用，但在小尺寸单体的应用上会造成一定的环化，限制了对其端基修饰的能力。点击聚合引入的噁唑环结构也会严重地影响到偶氮苯基元的结晶能力。综合以上，项目原计划采用的合成方案没有达到预定的效果，这也使后续的弹性体研究工作难以展开。总结项目的得失，虽然三年的工作没有实现预定的目标，但收获的关于主链偶氮苯液晶性聚合物的分子设计经验仍然是一笔宝贵的财富。对与主链偶氮苯液晶弹性体的优势现在还难以定论，项目组仍然会围绕这个问题继续展开工作，直到实现既定目标。此外，项目组在基金的资助下发表了两篇IF>3的论文，另有两篇工作正在准备之中。项目运行过程中，先后有四名联合培养的学生参与其中并以相关工作为基础顺利地获得学位。