氢键驱动下可调带隙液晶光子晶体的构筑与多重响应机制

本申请项目旨在研究发展具有多重响应（光、热、PH）特性的一维可调带隙液晶光子晶体。利用制备的液晶单体和光/热敏功能分子作为氢键给体和受体，在紫外光辐照作用下，搭建氢键超分子胆甾相液晶聚合物体系，实现其对多重外界驱动的响应。课题将确立分子结构、聚合条件以及氢键作用与光子晶体响应性之间的关系；研究光子晶体的响应机制以及不同类型外界驱动与光子带隙变化之间的定性以及定量关系；在此基础上经过掩膜片，采用分步聚合的方法，制备具有一定微观形貌且不同微区对外界驱动差异化响应的一维光子晶体；研究聚合温度、分子扩散速率与薄膜微结构之间的关系，利用模型和扩散速率公式进行理论模拟和计算，优化实验设计，系统比较不同微区与外界驱动之间的响应关系；进一步的利用氢键效应和手性网络的螺旋结构记忆效应，制备具有两波段光子带隙且不同带隙响应不同类型外界驱动的一维光子晶体，系统研究不同光子带隙区与外界驱动之间的关联及定性关系。

本课题涉及氢键驱动下可调带隙液晶光子晶体的构筑与多重响应机制的研究，本研究从手性氢键组装体出发，将其引入到一维胆甾相液晶光子材料体系中，搭建了几类具有多重响应性的一维胆甾相液晶光子材料体系，基本实现了项目的预期目标。主要研究内容和取得的研究成果如下： . 首先合成了以不同旋向异山梨醇和丙二醇为手性中心的氢键质子受体，并将其与质子给体可聚合酸组装形成可聚合手性氢键组装体，研究了组装体的热稳定性及其螺旋扭曲力随温度的变化情况。在此基础上，制备了热响应的一维胆甾相液晶光子材料，对其聚合前后的温度响应性进行了详细研究，并给出了相应的调控机理。. 开展了PH/温度双响应一维胆甾相液晶光子材料的研究，基于以上可聚合手性氢键组装体以及调配一维胆甾相液晶光子材料的组分配比，制备了PH和温度双响应的固体胆甾相液晶光子材料，详细研究了PH和温度作用下胆甾相液晶光子带隙的变化趋势及调控原理。. 制备了以胆甾醇为手性基元的氢键质子给体，并将其与不可聚合/可聚合氢键质子酸组装形成氢键组装体，然后实现了电/热双响应胆甾相液晶光子材料的制备。研究了电/热调控下氢键网络构筑的一维胆甾相液晶光子材料的光电性能及调控机理；. 制备了以异山梨醇为手性中心的氢键质子受体，并将其与质子给体偶氮酸组装形成手性氢键组装体，将其引入到一维胆甾相液晶体系中，制备了具有光/热双响应效果的胆甾相液晶光子材料。研究了组装体的热稳定性及其螺旋扭曲力随UV/vis（紫外/可见光）及温度的变化情况，并对调控机理进行了详细研究。在此基础上进一步优化了分子结构，选择以高螺旋扭曲力联萘二胺为手性中心的偶氮受体材料，通过和不同手性类型的给体分子结合，制备了具有高螺旋扭曲力高光/热响应特性的胆甾相液晶光子材料。并利用分子模拟对响应机理进行了详细解析。. 本项目的开展为胆甾相液晶这类软物质材料在响应、智能材料领域的应用开辟了一条新的途径。. 截止目前，以上研究共发表期刊论文14篇，其中SCI收录论文8篇，包括3篇J of Materials Chemistry 和1篇 J of Physics Chemistry B.