偶氮液晶-碳納米管復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，含有偶氮苯基團(tuán)(Azobenzene，Azo)的液晶聚合物材料以其優(yōu)異的光響應(yīng)性能在非線性光學(xué)、信息存儲(chǔ)、液晶彈性體和表面起伏光柵等領(lǐng)域引起人們的廣泛關(guān)注。其中，偶氮苯聚合物薄膜在干涉偏振激光照射下，其表面可以形成穩(wěn)定存在并可反復(fù)擦寫的正弦波形起伏結(jié)構(gòu)。這種光柵器件在全息光存儲(chǔ)、光學(xué)檢測(cè)以及微/納模板制備等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。而碳納米管(CarbonNanotubes，CNTs)以其的獨(dú)特一維管狀分子結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的光、電、

2、熱及機(jī)械性能，近年來(lái)被廣泛用于制備新型聚合物復(fù)合材料。
　　本論文從分子設(shè)計(jì)出發(fā)，合成了一系列光響應(yīng)性偶氮苯聚合物材料，并將經(jīng)過(guò)側(cè)壁修飾的碳納米管引入偶氮苯聚合物體系，制備了一系列新型光響應(yīng)性偶氮苯功能高分子復(fù)合材料。作者擬利用碳納米管具有較高長(zhǎng)徑比的特性，將其引入偶氮苯聚合物表面起伏光柵器件，加速聚合物分子鏈段的質(zhì)量遷移過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光柵表面起伏結(jié)構(gòu)的快速、高效形成。主要研究工作包括以下兩個(gè)方面:
　　1.設(shè)計(jì)合成一系列含

3、有后交聯(lián)基團(tuán)的丙烯酸酯類偶氮苯液晶單體，并在此基礎(chǔ)上獲得含有后交聯(lián)基團(tuán)的偶氮苯液晶聚合物。并通過(guò)核磁共振(NMR)、紫外-可見(jiàn)光譜儀(UV-Vis)、熱重分析儀(TGA)、差示掃描量熱分析儀(DSC)和偏光顯微鏡(POM)等測(cè)試手段對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、光響應(yīng)性能、熱穩(wěn)定性和液晶相轉(zhuǎn)變行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。我們將所得的偶氮苯聚合物通過(guò)旋涂方法制成光學(xué)薄膜，在532nm相干激光的輻照下形成表面起伏光柵，同時(shí)以633 nm激光實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光柵寫入速率和衍

4、射效率，并用原子力顯微鏡(AFM)表征光柵起伏高度。同時(shí)，通過(guò)后交聯(lián)方法對(duì)所得的表面起伏光柵進(jìn)行固定化，顯著提高了光柵器件的穩(wěn)定性，為制備長(zhǎng)久穩(wěn)定的新型表面起伏光柵器件提供了新的方法和思路。
　　2.利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)方法，將含有丙烯酸酯類偶氮苯液晶單元修飾到碳納米管側(cè)壁表面，并將經(jīng)過(guò)功能化修飾的碳納米管與偶氮苯液晶聚合物相結(jié)合，制備出一系列新型偶氮苯/碳納米管復(fù)合薄膜材料，然后通過(guò)NMR、UV-Vis、TGA、D

5、SC、POM和透射電子顯微鏡(TEM)等測(cè)試手段對(duì)它們的結(jié)構(gòu)、光響應(yīng)性能、熱穩(wěn)定性和液晶相轉(zhuǎn)變行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。并將此類復(fù)合材料應(yīng)用于表面起伏光柵器件的制備，研究碳納米管的引入，碳納米管復(fù)合組份的比例以及不同側(cè)壁修飾基團(tuán)對(duì)表面起伏光柵寫入速率、衍射效率及起伏高度的影響。我們發(fā)現(xiàn)，碳納米管側(cè)壁修飾單元的末端基團(tuán)與聚合物基質(zhì)之間的相互作用對(duì)復(fù)合材料表面起伏光柵的形成具有顯著的影響。這類新型聚合物復(fù)合材料可以顯著改善表面起伏光柵器件的性能