Science：原位超分子聚合诱导的液晶相变

zhetengwan

在分子组装过程中，盘状分子和棒状分子是不相容的，前者倾向于一维堆叠，而后者倾向于平行排列。尽管相分离是熵不利过程，但是在凝聚相中不同形状的分子彼此排斥的现象仍十分明显。

日本东京大学工程学院化学与生物技术系的Takuzo Aida教授课题组专注于液晶介质中的超分子聚合行为。起初，他们从研究手性掺杂剂入手，设想超分子聚合成的螺旋链是否可以带动向列型液晶，将其扭曲成胆甾型。

而在实际研究中，他们发现：如果所得超分子聚合物与液晶介质之间的亲和力很大，则二者可以互溶，聚合物将均匀分散于液晶中。相反，如果它们的亲和力较小，则聚合物与液晶介质发生相分离。

他们通过调整超分子手性单体DiskNH*的结构，适当调节超分子与液晶的亲和力，成功利用超分子聚合诱导了向列型液晶的相转变，提升其有序性，形成核-壳柱状共组装体，并确认该柱状液晶材料为面心c2mm对称，其晶格参数为a=75.2Å; b=35.0Å。

为了确认该相变是由原位超分子聚合引起的，研究者设计了不含氢键的单体OCBDiskNMe*，将其于同等条件下掺入OCBRod液晶中，他们发现该过程仅产生胆甾相，并且没有柱状体的出现。

研究者还发现：该柱状液晶材料对外加的电场可以快速响应，并改变柱状体的取向。当使用直流电时，柱状体相对于电场方向平行取向，使其偏光显微镜中的纹理在1s内消失，但在电场关闭后，即使在100°C下保持数天，其取向并不发生改变。而将直流电场换为交流电场时，柱状方向由相对于电场平行变为垂直。

此外，通过向液晶结构中引入光响应的偶氮苯结构（AZORod），可以将该柱状组装体模块化地定制为光响应材料。在140℃下，利用365nm紫外光照射夹层型玻璃池时，池中的液晶材料则转变为各向同性的熔体。伴随着AZORod的顺反光异构化，柱状组装体发生解聚或者重组，使得这种可逆变化在关闭和打开紫外光后几秒内发生。

此外，研究者还利用双重响应的OCBDiskNH*-AZORod材料开发了一种光电可重写器件。由于液晶材料中长程有序的分子排序可以获得光学放大的输出，因此液晶材料逻辑门的开发是一个有趣的挑战。

原文链接：

http://science.sciencemag.org/content/363/6423/161