一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法。首先将液晶单体与一种含可后交联反应基团的单体共聚得到无规共聚液晶高分子，利用匀胶机将所述液晶无规共聚物旋涂在反应性基团修饰的基底表面，共聚物中的可后交联反应基团与基底上的反应性基团键合，退火后，即得到垂直取向的液晶共聚物薄膜。最后将涂有所得液晶共聚物薄膜的基底与垂直取向修饰的盖玻片制成液晶盒，即可在液晶盒内实现对液晶取向的调控。相比于传统的依靠共价键实现与基底吸附作用的嵌段聚合物刷，该液晶共聚物刷与液晶接触的界面更为平整稳定，且具备更多的选择性；本发明专利技术中液晶单体和聚合物的合成更为简便，可应用于工业化纳米材料的制备。

A method of regulating liquid crystal orientation by liquid crystal brushes constructed by random copolymerization

The invention discloses a method of regulating liquid crystal orientation by a liquid crystal polymer brush constructed by random copolymerization. The copolymerization of liquid crystal monomer and a cross-linking reaction containing groups by random copolymerization of liquid crystal polymer, the surface of the substrate by spin coating machine of the liquid crystal copolymer modified spin coating reactive groups, reactive groups in the copolymer can bond after crosslinking reaction group and substrate. After annealing, the liquid crystal polymer film vertical orientation. The substrate coated with the resultant liquid crystal copolymer films and modified glass made of vertical alignment liquid crystal box, can realize the regulation of the liquid crystal in liquid crystal cell. Compared to the traditional rely on covalent block polymer brush and substrate adsorption, the liquid crystal and liquid crystal copolymer brushes contact interface is more smooth and stable, and more selective synthesis; liquid crystal monomer and the polymer is more convenient in the invention can be applied to the industrialization of nano material preparation.

【技术实现步骤摘要】
一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法
本专利技术公开了一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法，属于材料

技术介绍
材料表面性能的控制在许多研究及商业
中至关重要，比如在生物技术和先进的微电子科技方面，而利用聚合物刷是调节表面性能的一种可行的方法。通过聚合物刷所获得的图案化有机薄膜在细胞生长的控制、仿生材料的制备、微反应容器和药物输送等领域有广泛的应用前景。通常用来制备聚合物刷的聚合物有：嵌段共聚物和接枝共聚物等，其制备方法主要包括物理吸附、“graftingfrom”和“graftingto”等方法。液晶分子的有序排列在实际应用当中起到了至关重要的作用，而液晶分子的取向与基底表面性质有密切的关系，其取向程度很大程度上取决于基底的表面作用。为了实现液晶分子的规则排列，可通过选择合适的聚合物刷来控制其与液晶分子界面间的相互作用。而基于棒状液晶基元的聚合物，有可能使液晶分子插立在竖直排列的液晶基元之间，从而实现液晶分子的垂直排列。本专利技术试图利用一种含可后交联反应基团的液晶无规共聚物，来实现对液晶分子取向的控制。由于共聚物中可后交联反应基团能够与基底反应性基团(例如羟基、氨基)键合，使液晶无规共聚物牢固地锚定在基底上，通过改变可后交联反应基团的含量，可以调控棒状液晶基元之间的间距，从而影响液晶分子的排列取向。对于特殊的液晶基元(如偶氮苯)，可通过光照进一步调控液晶分子的取向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计并制备一种液晶无规共聚物刷，并通过其来调控液晶分子的取向。本专利技术的技术方案为：一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法，包括如下步骤：(1)液晶无规共聚物的制备，所述液晶无规共聚物是由含棒状液晶基元的单体和含可后交联反应基团的单体按照投料质量比99∶1-5∶1发生无规共聚反应制得；(2)将所述液晶无规共聚物溶于有机溶剂中，再利用匀胶机旋涂在反应性基团修饰的基底表面，所述液晶无规共聚物中的可后交联反应基团与基底反应性基团键合，所述反应性基团为羟基或氨基；(3)将所述涂有液晶无规共聚物的基底进行退火处理，即得到垂直取向的液晶共聚物薄膜，从而形成聚合物刷；(4)最后将带有聚合物刷的基底与表面垂直取向修饰的盖玻片制成液晶盒，利用毛细管的吸入效应在所述液晶盒空隙间吸入液晶，所述液晶分子插立在竖直排列的液晶基元之间，从而实现液晶分子在其液晶相区间的垂直排列，即实现对液晶取向的调控。进一步，步骤(1)中所述液晶无规共聚物的结构如式I所示：式I中，x、y为整数，A，B为式II中的一种或两种：D、E是烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种；M为式III中可后交联反应基团中的一种：R1、R2、R3、R4为氢、烷基、烷氧基中的一种；表示式IV中所示液晶基元中的一种；进一步，步骤(2)中所述液晶无规共聚物以0.05％-1％的质量分数溶于有机溶剂中。进一步，步骤(2)中所述的有机溶剂为能较好溶解所述液晶无规共聚物的有机溶剂，如氯苯、甲苯、二甲苯等高沸点有机溶剂。进一步，步骤(3)的退火温度为无规共聚物清亮点以上；进一步，步骤(3)的退火的降温速率为0.5-5℃/min。进一步，步骤(1)中所述液晶共聚物中棒状液晶基元为偶氮苯时，使用其制成的液晶盒调控液晶取向时，可通过不同波长光源的照射改变液晶的取向，实现对液晶取向的调控。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术引用一种含液晶基元的无规共聚物刷来控制液晶分子的取向，该无规共聚物具有优良的溶解性和成膜性；并且相比于传统的依靠共价键实现与基底吸附作用的嵌段聚合物刷，该液晶共聚物刷与液晶接触的界面更为平整稳定，且具备更多的选择性；(2)通过调控含棒状液晶基元的单体和含可后交联反应基团的单体的投料质量比可实现目标液晶无规共聚物的制备，从而得到具有合适的棒状液晶基元间距的聚合物刷，液晶单体和聚合物均容易合成，可应用于工业化纳米材料的制备，为今后表面性能控制的发展提供一个简捷的途径。附图说明图1为实施例1中单体投料质量比为20∶1所得的液晶共聚物的核磁图；图2为实施例1中4′-正戊基-[1，1′-联苯]-4-腈(5CB)在液晶盒1、2内取向的偏光图(右上角为锥光图)；图3为实施例1中4′-正戊基-[1，1′-联苯]-4-腈(5CB)在液晶盒1内经紫外光源(365nm)和可见光源(475nm)照射后的偏光图(右上角为锥光图)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术并不限于此。实施例1一种通过含偶氮苯液晶基元的液晶无规共聚物(以环酸酐为后交联反应基团)调控液晶分子4′-正戊基-[1，1′-联苯]-4-腈(5CB)取向的方法，包括如下步骤：(1)含偶氮苯液晶基元的无规共聚物的制备：原料：马来酸酐，五甲基二乙烯三胺，溴化亚铜，α-溴代异丁酸乙酯，石油醚，四氢呋喃(THF)，氯苯，氧化铝(Al2O3)。含有偶氮苯液晶基元的单体1：6-[4′-(4-苯氧基)对丁基偶氮苯]丙烯酸己酯(MAzo)含有环酸酐基团的单体2：马来酸酐(MAH)催化剂：溴化亚铜(CuBr)引发剂：α-溴代异丁酸乙酯配体：五甲基二乙烯三胺(PMDETA)在干燥的试管中依次加入引发剂α-溴代异丁酸乙酯(3.700mg，0.019mmol)、单体1(0.200g，0.490mmol)和单体2(0.010g，0.102mmol)、催化剂CuBr(2.730mg，0.019mmol)、配体PMDETA(3.280mg，0.019mmol)，然后加入氯苯将其配成35％的溶液，冷冻-抽真空-通氮气循环三次后封管，将聚合管置于装有恒温装置的80℃恒温油浴中，反应一段时间后，取出玻璃管，放入冰水浴中冷却，停止聚合。打开封管，将聚合物溶液通过装有活性Al2O3的柱子，然后用大量的石油醚沉淀聚合物，过滤，洗涤，真空干燥。得到结构如式V所示的无规共聚物：其中代表通过加入质量比分别为20∶1、10∶1、5∶1、4∶1的共聚单体1与单体2制备出了一系列不同MAH含量的无规共聚物。图1为所合成的单体投料质量比为20∶1所得的液晶共聚物的核磁图。(2)含偶氮苯液晶基元的无规共聚物刷诱导5CB排列：将含偶氮苯液晶基元的无规共聚物以0.1％的质量分数溶于氯苯，旋涂于基底上。然后将所得薄膜进行真空热处理使共聚物键接在基底表面。然后用二氯甲烷冲洗硅片上未接上的聚合物，氮气吹干硅片，在聚合物的清亮点温度下退火，即得取向后的聚合物刷。将退火后所得的聚合物刷基底与表面垂直取向修饰的盖玻片制成液晶盒，图2为5CB在液晶盒1(无规共聚物的单体投料质量比为20∶1)、液晶盒2(无规共聚物的单体投料质量比为4∶1)内取向的偏光图(右上角为锥光图)，从图2可以看出，5CB在液晶盒1内偏光下没有出现双折射现象，而在锥光下呈现出正交的黑十字；同时，5CB在液晶盒2内偏光下出现双折射现象，而在锥光下无正交的黑十字。说明5CB在液晶盒1内垂直排列，而在液晶盒2内非垂直排列。由此可知，若共聚物中偶氮苯液晶基元的含量过低，则形成的聚合物刷液晶基元间的距离过大，不能诱导5CB垂直排列。(3)5CB在含偶氮苯液晶基元共聚物刷上的光响应行为将液晶盒1置于365nm的紫外光源下照射5s后，液晶盒在偏光下出现了双折射现象，且其在锥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法，包括如下步骤：(1)液晶无规共聚物的制备，所述液晶无规共聚物是由含棒状液晶基元的单体和含可后交联反应基团的单体按照投料质量比99∶1‑5∶1发生无规共聚反应制得；(2)将所述液晶无规共聚物溶于有机溶剂中，再利用匀胶机旋涂在反应性基团修饰的基底表面，所述液晶无规共聚物中的可后交联反应基团与基底反应性基团键合，所述反应性基团为羟基或氨基；(3)将所述涂有液晶无规共聚物的基底进行退火处理，即得到垂直取向的液晶共聚物薄膜，从而形成聚合物刷；(4)最后将带有聚合物刷的基底与表面垂直取向修饰的盖玻片制成液晶盒，利用毛细管的吸入效应在所述液晶盒空隙间吸入液晶，所述液晶分子插立在竖直排列的液晶基元之间，从而实现液晶分子在其液晶相区间的垂直排列，即实现对液晶取向的调控。

【技术特征摘要】
1.一种通过无规共聚构筑的液晶聚合物刷调控液晶取向的方法，包括如下步骤：(1)液晶无规共聚物的制备，所述液晶无规共聚物是由含棒状液晶基元的单体和含可后交联反应基团的单体按照投料质量比99∶1-5∶1发生无规共聚反应制得；(2)将所述液晶无规共聚物溶于有机溶剂中，再利用匀胶机旋涂在反应性基团修饰的基底表面，所述液晶无规共聚物中的可后交联反应基团与基底反应性基团键合，所述反应性基团为羟基或氨基；(3)将所述涂有液晶无规共聚物的基底进行退火处理，即得到垂直取向的液晶共聚物薄膜，从而形成聚合物刷；(4)最后将带有聚合物刷的基底与表面垂直取向修饰的盖玻片制成液晶盒，利用毛细管的吸入效应在所述液晶盒空隙间吸入液晶，所述液晶分子插立在竖直排列的液晶基元之间，从而实现液晶分子在其液晶相区间的垂直排列，即实现对液晶取向的调控。2.如权利要求1所述的一种调控液晶取向的方法，其特征在于，所述步骤(1)中液晶无规共聚物的结构如式I所示：式I中，x、y为整数，A、B为式II中的一种或两种：D、E是烷基、烷氧基、酯基、羰基中的一种；M为式III中可后交联反应基团中的一种：R1、R2、R3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鹤楼，匡泽洋，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43