[发明专利]侧链棒状极性液晶聚合物及其制备方法与在非线性光学领域的应用

说明书

本发明公开了一类侧链棒状极性液晶聚合物及其制备方法与在非线性光学领域的应用。本发明具有如下优点：侧链型极性液晶聚合物在侧链上连接了具有较大偶极矩(8D)的芳香液晶基元，在不同的温度区间能够展现一种新型的极性液晶向列相；聚合物处于该类极性液晶向列相时具有高二次谐波响应(SHG)，可作为柔性高分子薄膜材料应用在激光转换等非线性光学领域。

技术领域

本发明涉及极性液晶聚合物单体及其聚合物制备，具体涉及侧链棒状极性液晶聚合物及其制备方法与在非线性光学领域的应用。

背景技术

液晶聚合物，即能够将液晶的行为和聚合物的性质结合起来的聚合物，在过去的几十年间得到了广泛的研究，不仅仅是因为其潜在的应用潜力，如高性能化学纤维如Kevlar、光、电、非线性光学器件，也在于液晶聚合物链间相互作用和液晶性能之间联系的学术研究价值。众所周知，由各向同性液晶基元的侧链功能化的柔性聚合物链，即侧链液晶聚合物(SCLCP)，可以形成多种液晶相。

非线性光学材料是一种具有波长转换能的高端先进材料，呈现出这类性质需要具备较高的结构或极性的不对称性。这种材料最先在石英等无机材料里被发现，现在被广泛利用于激光波长控制和信息传递等高端技术。比起无机材料，有机材料具备着更好的结构调控性，柔软性，加工性等性质，可实现无机材料实现不了的流体/柔性非线性光学材料。当前，除了少数关于有机结晶体的非线性光学响应的报告，具备上述特点的有机流体/柔性非线性材料很少报道。研究较多的具有一定非线性光学响应的聚合物基本都属于极化聚合物体系，属于有机聚合物电光材料体系[参见Baehr-Jones等，Optics Express 13.14:5216-5226(2005).Dalton等，Optical materials 21.1-3:19-28(2003).]。这些有机聚合物电光材料一般由两部分组成：一部分是提供基质的高分子，决定了材料的折射率、热力学性质等；另一部分是实现电光转换功能的活性分子，称之为发色团。然而，这类有机聚合物电光材料必须经过强电场取向并固定才能获得非线性光学响应性质，高分子材料加工过程复杂，且取向稳定性较差。

发明内容

为解决现有非线性响应聚合物材料的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一类新型棒状液晶基元聚合物体系，每个单体的大偶极矩导致聚合物材料形成自发的极性并呈现较高的非线性光学响应。

本发明的另一目的在于提供该类极性液晶聚合物多种侧链棒状液晶单体及聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述侧链棒状极性液晶单体及聚合物在非线性光学领域的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

四种含棒状液晶基元的聚合物，将具有大偶极矩(8D)的芳香液晶棒状基元以柔性连接的方式引入到聚合物侧链，根据在极性液晶基元连接位置的不同，极性液晶聚合物分别具有如下化学结构通式I，II，III，IV：

式中：R为侧链；M为液晶基元的部分芳香区；L为连接基团；B为液晶基元末端区，其中以下适用于所出现的符号：

x为重复单元，x＝2-1000的整数；

n为烷基链上C原子的数目，n＝1～10的整数；

R选自包括但不限于-OMe、-OEt、-OPr、-OC₄H₉、-OC₅H₁₁、-OC₆H₁₃、-OCH(CH₃)₂、-OCH₂CH₂OCH₃、-OCH₂CH₂CH₂OCH₃、-NO₂、-H、-Me、-Et、-Pr、-Bu，或R为包括但不限于如下手性基团；