D-A型极性弓形Bola分子的设计合成及其液晶自组装、光电性能研究

In this project D-A type Polar Bent Bola amphiphiles with a π-conjugated bent rigid rod, an extra polar substitute and an intra flexible substitute attached at the central bent unit, Donor or Acceptor groups located at both arms, and two polar terminal groups will be designed and synthesized, their liquid crystalline self assembly properties as well as their electrooptical properties will be studied. These molecules combined not only both the strongly self-assembly ability of Bola amphiphiles and specificity of achiral banana shaped molecules forming polar supramolecular chiral structures, but also the donor and acceptor groups, therefore new complex ordered nano-array structures, particularly non-centrosymmetric column two-dimensional array of nanoscale structures would be obtained. Molecules with such structures can be applied as new functional materials, particularly as nonlinear optical materials. The project would have great significance to the deep study of the complex self-assembly theory and the development of nano liquid crystals as functional materials.

本项目旨在设计合成具有弯曲π共轭刚硬核，核中心携带外取向极性基团及内取向柔性侧链，双臂含供吸电子基团，核末端携带极性官能团的Ｄ-A型极性弓形Bola 两亲分子，研究他们的液晶自组装行为和光电性质。所设计的这类功能液晶分子不仅综合了Bola分子强大的组装性能和非手性的香蕉形分子能形成极性超分子手性的特异性，而且引入了D-A极性基团，所以他们极其有可能组装产生新的复杂有序纳米阵列结构，特别是非中心对称的柱相纳米二维阵列结构。形成这些结构的液晶分子可用于新型功能材料的开发，特别是非线性光学材料的研究，实现他们在新型有机非线性材料及多种光电材料方面的应用价值。本项目对深入研究复杂自组装理论，开发纳米液晶功能材料意义重大。

具有蜂窝状组装结构的液晶现在已经成为一类公认的超分子组装体系，复杂新颖的超分子结构不断在这类化合物中被报道。本项目开展了一种新型的液晶元，即弓形Bola两亲性液晶, 他们具有像鸟一样的形状，具有弯曲的π共轭芳族核作为侧翼，线性或支链的内取向基和一些功能性端头基。从中我们获得非中心对称三角形的蜂窝结构（p3m1），以及两个不同的复杂蜂窝超晶格结构（p31m和p2gg）和随机六边形结构（p6mm）。形成这些结构的关键决定因素是端头基与末端甘油基间的相互作用的性质。蜂窝结构是通过沿棱柱形单元边缘分布的子阵列包含纯的或混合的端头基和末端甘油基来确定的。通过改变内取向柔性基的体积，引起蜂窝的平面外弯曲来进一步控制结构。项目的研究成果为增加二维纳米结构多样性提供了新工具，有望帮助开发新颖的功能薄膜。同时也提出了一种在功能材料中设计复杂的自组装纳米图案的新颖方法。到目前为止，大多数LC蜂窝都具有相同的通常为H键的节点。通过引入基于弯曲的π-共轭核的弓形液晶元，该核连接有内取向的烷基或氟代烷基以及一个不同类型的附加功能性端头基，这可以创建新的2D晶格和超晶格。由此产生的纳米图案可以具有与非中心对称结构相关的潜在应用 如铁电，热电或压电特性材料。以上结果还显示了如何通过减少侧链“填充”体积在蜂窝上施加平面外倾斜，从而为对称性破坏提供了新途径，也给应用带来了有趣的发展空间。这些都具有进一步研究的价值。本项目发表论文33篇，SCI收录26篇，获授权发明专利2项，参加国内外学术会议3次以上，培养研究生15名，毕业7名；培养博士生6名，毕业3名。