基于弱相互作用力的偶氮胆甾类软物质的制备及光响应性质研究

摘要

软物质的概念提出来已有二十余年，相比于传统的金属、陶瓷、半导体等“硬物质”，软物质由于其较弱的内部作用力所带来的对弱外界刺激具有强响应的特性吸引人们对其进行了广泛的研究。本文合成了一类以偶氮胆甾为主体结构类的分子，并分别制备得到了有机凝胶和蓝相液晶这两类软物质体系，研究了偶氮胆甾类分子的引入对组装结构和光响应性质的影响。具体内容如下:
　　 1.合成了一系列间隔基长度分别为0，2，6的双臂胆甾基团取代的偶氮苯类衍生物。对这三种分子在不同溶剂中的胶凝性质就行了研究，结果发现间隔基长度对分子的胶凝行为有着巨大的影响，其中间隔基长度为2的分子DCAZO2具有最小的胶凝浓度。实验发现DCAZO2的环戊酮凝胶可以在紫外和可见光照下发生可逆的凝胶-溶胶转变，并通过紫外可见吸收光谱、圆二色性光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及X射线衍射等手段对这种转变过程进行了研究。对凝胶进行紫外光照时，偶氮苯基团发生反式到顺式的异构，分子的极性也明显增强，与极性的溶剂环戊酮间的作用力增强，从而导致凝胶因子间的范德华力瓦解，从而发生了宏观的凝胶-溶胶转变。
　　 2.将强极性的甲醇加入到DCAZO2的环戊酮凝胶中，研究了溶剂效应对凝胶的结构、光响应性、凝胶形成速度等方面的影响。实验发现在甲醇加入后，凝胶中的纤维形成了尺寸较大的聚集体结构。随着甲醇含量的增加，形成凝胶所需的最小浓度逐渐下降，而凝胶-溶胶转变温度则是呈现出先下降后上升的趋势。我们对凝胶到溶胶转变过程中偶氮苯基团的异构情况进行了详细的研究，结果发现随着甲醇含量的增加，第一阶段的异构速率常数是逐渐下降的。同时也发现甲醇含量为5％的样品中第一阶段速率常数是大于第二阶段速率常数，这一点刚好是与其他样品相反的。同时形成凝胶所需的时间也是随着甲醇含量的增加而逐渐下降的。我们使用溶解参数研究了凝胶因子与溶剂间的相互作用力的大小，结果发现形成凝胶要求凝胶因子与溶剂间的相互作用力处于合适的水平，过大则会得到溶液，过小则会形成沉淀。
　　 3.我们将DCAZO2掺入到商品化的向列相液晶及手性掺杂剂组成的主体胆甾液晶中，得到的样品在偶氮苯没有异构的情况下是没有蓝相液晶出现的。但是当我们在样品处于胆甾相时对其施加紫外光照，使偶氮苯基团发生反式到顺式的异构后，体系发生了相变，在撤去紫外光开启白光让偶氮苯基团回复的过程中，我们观察到了蓝绿色方块相间的蓝相的出现，实验发现只有当体系中存在一定量的偶氮顺式体时体系才会有蓝相存在。分子中两侧体积较大的胆甾基团以及弯曲型的顺式体的大的弯曲角被认为是蓝相出现的主要原因。
　　 4.合成了一系列间隔基长度分别为0，2，6的单臂胆甾基团取代的偶氮苯类衍生物。实验发现掺杂间隔基长度为6的分子CAZO6的样品在初始状态下就有蓝相液晶的存在，这一点是不同于双臂偶氮胆甾分子掺杂的样品的。对不同CAZO6掺杂含量的样品就行了研究，发现从1.3 wt％到6.0 wt％时，掺杂分子与主体液晶的作用力逐渐增强;而当掺杂浓度过高达到8.0 wt％时，其在主体液晶中的相容性下降。对这几个样品进行了光照实验，结果发现掺杂含量为4.0 wt％和6.0 wt％的样品在偶氮苯异构后得到了界限清晰的蓝绿色方块的BPI结构。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 软物质材料

1．2．1 有机小分子凝胶

1．2．2 液晶

1．3 偶氮苯分子体系在软物质中的应用

1．3．1 偶氮苯的基本性质

1．3．2 偶氮苯分子体系的有机小分子凝胶

1．3．3 偶氮苯分子体系的蓝相液晶

1．4 本论文的研究目的和主要内容

参考文献

第二章 基于偶氮胆甾类衍生物的凝胶及其可逆凝胶溶胶转变

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料和试剂

2．2．2 偶氮胆甾类分子的合成

2．2．3 偶氮胆甾类分子在不同溶剂中的胶凝性质

2．2．4 测试用超薄比色皿的设计与制作

2．2．5 仪器和测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 偶氮胆甾类分子的结构设计

2．3．2 凝胶的可逆凝胶溶胶转变及光致异构行为

2．3．3 凝胶的组装结构分析及表征

2．4 本章小结

参考文献

第三章 溶剂效应对偶氮胆甾类衍生物凝胶的结构、光响应性及胶凝速度的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 混合溶剂凝胶的制备

3．2．2 仪器和设备

3．3 结果与讨论

3．3．1 混合溶剂对凝胶的形貌和结构的影响

3．3．2 混合溶剂对凝胶的基本性质的影响

3．3．3 混合溶剂凝胶的可逆凝胶溶胶转变及光致异构行为

3．3．4 混合溶剂对凝胶形成速度的影响

3．3．5 混合溶剂凝胶体系的溶解参数计算

3．4 本章小结

参考文献

第四章 基于双臂偶氮胆甾类衍生物掺杂胆甾液晶的光诱导蓝相液晶的制备及表征

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 材料

4．2．2 液晶盒的制作与封装

4．2．3 仪器与测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 主体胆甾液晶配方的确定及液晶性质

4．3．2 双臂偶氮胆甾类分子掺杂胆甾液晶的液晶性质

4．3．3 偶氮苯光致异构诱导的蓝相液晶的转变过程

4．3．4 蓝相液晶出现机理的分析讨论

4．4 本章小结

参考文献

第五章 基于单臂偶氮胆甾类衍生物掺杂胆甾液晶的蓝相液晶的制备及表征

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 材料

5．2．2 单臂偶氮胆甾类分子的合成

5．2．3 仪器与测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 单臂偶氮胆甾类分子掺杂胆甾液晶的蓝相液晶

5．3．2 偶氨苯光致异构诱导的蓝相液晶的转变过程

5．3．3 蓝相液晶出现因素的分析讨论

5．4 本章小结

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

致谢