Многофункциональные стимулчувствительные жидкокристаллические (ЖК) полимерные системы – создание фото-, электро- и термо-управляемых полимеров и их ЖК композитов для фотоники, оптоэлектроники, записи и хранения информации (оптической памяти)НИР

Multifunctional stimuli-sensitive liquid crystalline (LC) polymer systems – creation of photo-, electro- and thermo-controllable polymers and LC composites for photonics, optoelectronics, and optical data storage (optical memory)

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 23 апреля 2019 г.-31 декабря 2019 г. Многофункциональные стимулчувствительные жидкокристаллические (ЖК) полимерные системы – создание фото-, электро- и термо-управляемых полимеров и их ЖК композитов для фотоники, оптоэлектроники, записи и хранения информации (оптической памяти)
Результаты этапа: 1. Первая часть проекта посвящена разработке композитных флуоресцентных систем на основе гребнеобразных ЖК диблок-сополимеров, содержащих мезогенные и поливинилпиридиновые группы, нанострежни CdSe/ZnS и низкомолекулярные жидкие кристаллы. Впервые разработана и реализована схема создания флуоресцентных нематических композитов в виде устойчивой дисперсии наностержней CdS/ZnS с лигандами, в качестве которых выступают ЖК диблок-сополимеры, содержащие гребнеобразные мезогенные фенилбензоатные фрагменты и поливинилпиридиновые субблоки, в смеси с низкомолекулярными нематическими жидкими кристаллами. В основу этой разработки положен принцип образования водородной связи между тиофенольными группами, располагающимися на поверхности наностержней и звеньями поливинилпиридина, включенными в состав блок-сополимеров. Мезогенные фенилбензоатные группы обеспечивают смешиваемость наностержней с низкомолекулярными нематическими жидкими кристаллами. Использование синтезированных в проекте ЖК диблок-сополимеров различной степени полимеризации с фенилбензоатными и поливинилпиридиновыми группами в качестве лигандов нанострежней дало возможность по разработанной схеме получить флуоресцирующие нематические композиты, содержащие до 1 вес.% неагрегированных нанострежней. Показано, что при облучении одноосно ориентированных в механическом поле полученных образцов нематических композитов испускаемый ими свет линейно-поляризован. Продемонстрированный в проекте метод стабилизации неорганических частиц в жидких кристаллах может служить основой для разработки новых материалов с линейно-поляризованной эмиссией для дисплейной техники. 2. Вторая часть проекта была посвящена получению гибридных фото- и механо-чувствительных сополимеров, фотохромных смесей и пористых полимерных сеток. Впервые получены образцы композитов на основе аморфных эластомеров – полисилоксанов и стирол-этилен-бутадиен-стирольного триблок-сополимера с каплями нематических и холестерических жидких кристаллов. Методом поляризационно-оптической микроскопии изучена морфология плёнок композитов. Обнаружено, что растяжение композита приводит к значительной деформации капель жидкого кристалла с изменением их цвета. Методом спектроскопии в неполяризованном и циркулярно-поляризованном свете исследованы оптические свойства всех полученных плёнок. Детальное изучение спектров поглощения не выявило наличие заметного селективного отражения света, за исключением небольших пиков циркулярного дихроизма, что повидимому связано с небольшой концентрацией введенных холестерических смесей (до 10 вес.%). В дальнейшем планируется увеличить содержание холестерической смеси в композитах и использовать иные методы их ориентации. С использованием радикальной полимеризации соответствующих мономеров осуществлён синтез новых фотохромных и хирально-фотохромных ЖК сополимеров. Изучено фазовое поведение полученных полимеров и показано, что введение латеральных заместителей в мезогенный фрагмент приводит к снижению температур изотропизации полимеров. При этом эффект снижения более выражен для полимера с этильным заместителем. Изучены температурные зависимости длины волны селективного отражения света хирально-фотохромных гомополимеров, образующих холестерическую фазу. Обнаружено, что удлинение латерального заместителя приводит не только к снижению температуры просветления, но и сдвигает максимум селективного отражения света в коротковолновую область спектра. Приготовлены фотохромные смеси нематических жидких кристаллов с азобензольными допантами. Изучено их фазовое поведение (определены температуры изотропизации) и фотооптические свойства (влияние облучения на фазовое состояние). В ряде случаев установлена частичная смешиваемость компонентов, связанная с ограниченной растворимостью азобензольных допантов. Осуществлена оптимизация содержания азобензольных допантов в нематической матрице с целью реализации быстрого и полного изотермического фазового перехода нематик – изотропный расплав за счёт E-Z фотоизомеризации фотохромов. Методом поляризационно-оптической микроскопии исследована термостабильность смесей после облучения. Обнаружено, что изотропная фотоиндуцированная фаза стабильна около 20 дней при комнатной температуре. Полученные данные указывают на перспективность использования данных смесей для получения композитов на основе пористых холестерических полимерных сеток. Разработан подход к созданию одномерных фотонных структур на основе пористых холестерических полимерных сеток с градиентным шагом спирали. С этой целью были приготовлены фотополимеризуемые холестерические смеси, изучены их оптические свойства (селективное отражение света). При помощи УФ облучения и полимеризации полученных смесей с последующим удалением низкомолекулярных компонентов впервые получены пористые холестерические полимерные сетки с градиентом шага спирали и широким пиком селективного отражения света. Эти системы будут использованы в дальнейшем для получения композитов с фотохромными нематическими смесями и азобензол-содержащими полимерами.
2 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Многофункциональные стимулчувствительные жидкокристаллические (ЖК) полимерные системы – создание фото-, электро- и термо-управляемых полимеров и их ЖК композитов для фотоники, оптоэлектроники, записи и хранения информации (оптической памяти)
Результаты этапа: В работе представлены результаты двух новых научных направлений, объединенных жидкокристаллической (ЖК) тематикой, посвященной получению ЖК блок-сополимеров для голографической записи дифракционных решеток и новых фотохромных и флуоресцентных ЖК композитов на основе пористых холестерических сеток для создания фотопереключаемых устройств и записи цветных изображений. В первой части проекта впервые разработан подход к созданию бесцветных полимерных пленок на основе гребнеобразных ЖК блок-сополимеров с записанными поляризационными дифракционными решетками с рабочим диапазоном во всей области видимого света. В основу этой разработки положен принцип получения комплексов симметричных линейно-гребнеобразных триблок-сополимеров (ТВС), содержащих центральный нематогенный фенилбензоатный pPhM субблок гребнеобразного строения и периферийные поливинилпиридиновые pPV линейные субблоки с водородно-связанными фотохромными азобензольными Azo группами. Голографическая запись на пленках таких комплексов приводит к реализации поляризационных дифракционных решеток вследствие кооперативной ориентации как Azo фотохромов так и мезогенных PhM групп. Последующая промывка пленок комплексов селективным растворителем (диэтиловым эфиром) приводит к удалению из нее Azo групп с сохранением ориентации PhM ЖК групп. В результате получаются бесцветные полимерные пленки, в которых сохраняются стабильные к воздействию света поляризационные решетки. Установлено, что морфология пленок ТВС влияет на процесс вымывания Azo групп. Показано, что вклад в дифракционную эффективность и величину наведенного линейного двулучепреломления в таких комплексах вносят как длина pPhM субблока, так и соотношение Azo / VP групп. Продемонстрированный подход позволяет разрабатывать новое семейство материалов линейно-гребнеобразного строения для различных оптических элементов, которые могут быть использованы во всем видимом спектральном диапазоне. Во второй части проекта, посвященной созданию эластичных ЖК пленок, были получены механически стабильные плёнки ЖК композитов на основе сшитого полидиметилсилоксана (ПДМС) с диспергированными в нём каплями холестериков. В зависимости от типа ПДМС матрицы и состава холестерической смеси при одноосном растяжении композитов наблюдается увеличение интенсивности селективного отражения света, либо сдвиг пика отражения в коротковолновую область спектра. Предложен механизм сдвига селективного отражения света плёнок ЖК композитов, который рассматривает деформацию капель холестерика при растяжении плёнок композитов и механическое сжатие супрамолекулярной холестерической (спиральной) структуры. Это приводит к уменьшению шага спирали и, как следствие, сдвигу пика селективного отражения света в коротковолновую область. Полученные результаты открывают перспективы механоиндуцированного управления оптическими свойствами эластичных полимерных материалов. Получены новые фотохромные и флуоресцентные композиты на основе пористых холестерических сеток заполненных фотохромной и флуоресцентной смесями. Облучение композитов с фотохромной смесью УФ светом приводит к заметном сдвигу пика селективного отражения света в область меньших длин волн с одновременным уменьшением его ширины. Это связано с процессом фотоизомеризации фотохрома и фотоиндуцированной изотропизацией фотохромной смеси. Процесс фотоизомеризации термо- и фото-обратим: облучение синим светом приводит к быстрому восстановлению исходной формы и положения пика селективного отражения света. Продемонстрирована возможность записи цветного изображения на таких системах за счёт облучения с использованием маски. Заполнение пористой полимерной холестерической сетки смесью нематика и флуоресцентного допанта позволило получить композиты с циркулярно-поляризованной флуоресценцией. Полученные пористые холестерические сетки являются перспективными матрицами для создания фотохромных и флуоресцентных ЖК-композитов. С целью изучения фото- и электрооптического отклика в холестерических полимер-стабилизированных системах приготовлено более десятка новых полимеризующихся смесей. В результате полимеризации были успешно получены полимер-стабилизированные планарно-ориентированные слои холестериков в стандартных электрооптических твист-ячейках. На примере одной из смесей были получены предварительные данные по влиянию УФ облучения и изомеризации азобензольных фотохромов, включённых непосредственно в полимерную сетку. Обнаружено, что УФ свет слабо влияет на глубину электрооптической модуляции, что связано с незначительным сдвигом пика селективного отражения, однако происходит существенное изменение времен переключения. Это связано с изменением морфологии полимерной сетки, что приводит к локальному нарушению планарной ориентации и разупорядочению ЖК молекул. Результаты, полученные в проекте, демонстрируют новые возможности для создания адаптивных модуляторов света на основе фотоконтролируемого управления временами переключения в пленках полимер-стабилизированных систем.
3 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Многофункциональные стимулчувствительные жидкокристаллические (ЖК) полимерные системы – создание фото-, электро- и термо-управляемых полимеров и их ЖК композитов для фотоники, оптоэлектроники, записи и хранения информации (оптической памяти)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. Отчёт за второй этап RNF_otchyot_2020_dlya_Istinyi.pdf 3,3 МБ 1 декабря 2020 [Bobrovsky365]