[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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，属于材料技术领域。

背景技术

材料表面性能的控制在许多研究及商业技术领域中至关重要，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、“grafting from”和“grafting to”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。

本发明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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案为：

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：