聚醚侧链液晶高分子多尺度结构与性质的研究

A series of well-defined, monodispered side-chain liquid crystalline polyethers and their copolymers will be designed and synthesized through anionic polymerization method. Their phases and transformations will be investigated and tuned on the basis of molecular design. The statistics and dynamics of the polymer chains in various liquid crystalline fields will be elucidated and the correlation among the dynamics of chains, segments and side groups will be clarified. We aim to build the relationship among the phase structures, dynamics and properties on multiple scales, and to provide the experimental basis for simulation and theoretical work in order to testify and develope the theories of polymer dynamics. The advantages of the anionic polymerization approach will be fully untilized to acheive the end-functionalization of polymer chains, which will be applied in the design and syntheis of liquid crystalline copolymers of various topologies and micro-structures. Double liquid crystalline diblock copolymers will be rationally designed and synthesized, and a full phase diagram will be consequently established. We will reveal the self-assembly and phase behavior of this new type of block copolymers in the coupled liquid crystalline fields and explore their microphase separation processes and hierarchical structures in details. The intergration of multi-functionalities in such structural materials will be also explored.

基于阴离子聚合反应，设计合成结构明确、单分散、分子量可控的聚醚侧链液晶高分子均聚物和共聚物。通过分子设计调控聚醚液晶高分子的相态及其转变；进而研究高分子链在不同液晶场中的构像和运动以及高分子的链、链段、侧基松弛等多尺度动态过程及其彼此之间的关联；建立体系多尺度相态结构、动态过程与宏观性质的内在联系，籍此验证和发展高分子的分子动力学理论。与此同时，拓展阴离子聚合反应的优势，实现聚醚液晶高分子链的末端多功能化，构建不同拓扑结构的聚醚液晶共聚物，调控链的微结构；研究耦合多种典型液晶场的聚醚液晶嵌段聚合物，构建这类新型嵌段聚合物随组分变化的相图，一方面研究在纳米尺度下强行耦合的多种液晶场的自组装和相行为，另一方面研究在多种液晶场竞争协同作用下嵌段聚合物的微相分离过程和结构，发展这类新型结构性材料的多功能集成。

基于阴离子聚合反应，我们设计合成了结构明确、单分散、分子量可控、具有多种液晶相态的聚醚侧链液晶高分子均聚物和共聚物，建立了聚醚液晶高分子及其衍生体系的阴离子聚合方法；突破传统方法局限发展了新的数值计算方法用于研究阴离子共聚反应动力学；在此基础上实现了多组分聚醚高分子序列分布的调控，为建立结构与性质的关系奠定了基础；通过巧妙的分子设计我们成功将多种经典液晶场耦合于以柔性聚醚为主链的嵌段聚合物中，对嵌段聚合物自组装及新结构进行了探索，深入考察了液晶相互作用和微相分离等物理过程在不同尺度的竞争协同机制和自组装规律，发现了新型的嵌段聚合物微相分离超结构；我们研究了液晶嵌段聚合物在小分子溶剂中的自组装行为，揭示了两亲性液晶嵌段聚合物在溶液中多种形貌的转变以及液晶有序性对结构形成的影响机制；我们进一步研究了液晶嵌段聚合物在向列相小分子液晶中的相行为，构建了其共混相图，并研究了该类共混体系在界面的自组装行为，实现了小分子液晶对嵌段聚合物纳米相分离结构的界面诱导取向；我们进而研究了高分子链在胶体液晶中的统计构像与多尺度动力学，发现无热片层胶体液晶的限域效应对高分子链的均方末端距和链、链段运动不会产生影响，而耦合液晶场的液晶高分子链的动力学会受到液晶相态的直接影响。