液晶化合物因其特有的光、电、磁、热等的刺激-响应特性,在日常生活中获得广泛应用,最为突出的是其在显示材料领域的应用。可拉伸显示器件具有力学性能鲁棒的特性,即使在拉伸、扭曲、折叠以及褶皱的情况下其原有的显示及响应特性也不会减弱。引入少量的凝胶因子(目前报道均不超过 5wt%)即可改变液晶化合物体系的形态、结构、响应性等,获得超分子液晶凝胶。然而,文献报道的超分子液晶凝胶的力学强度普遍较弱,无法利用其力学特性展开研究,而将其力学特性与多重刺激-响应特性综合应用的研究更是尚未见诸报道。
材料学院王旭教授、陈思副教授课题组,液晶凝胶研究方向一直致力于基于3D凝胶网络的可拉伸液晶光散射显示器件的制备及机理研究,最近,在可拉伸液晶光散射显示器件方面取得重要进展, 在Journal of Materials Chemistry C (IF 4.696)上发表题为“Stretchable Light Scattering Display Based on Super Strong Liquid Crystalline Physical Gels with Special Loofah-like 3D gel networks”的研究论文。 Journal of Materials Chemistry C是由英国皇家化学学会出版的,涵盖了显示技术、光学材料、磁材料、电子以及信息存储技术等方面的TOP一区期刊。 全文链接为:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/tc/c5tc02196k#!divAbstract。
论文中报道了一种新型的以六面体低聚倍半硅氧烷(POSS)为核的树枝状凝胶因子,该凝胶因子能以极低的浓度(≤0.5%)在许多常用有机溶剂形成具有独特“丝瓜络”形貌的三维(3D)连续网络,此种特殊形貌赋予所得有机凝胶较强的力学强度。该团队尝试将此类以POSS 为核的六面体八臂凝胶因子(POSS-Lys)加入到含有 5 wt%偶氮苯类光响应剂(2Azo2)的液晶客体分子(5CB,所有结构式如图 1 所示)中,获得新型兼具力学特性与多重响应性的超分子液晶凝胶(图2)。由于 POSS-Lys特殊的结构及强大的自组装能力,所得的超分子液晶凝胶相对于已报道的液晶凝胶,无论是在力学性质、凝胶行为、凝胶性质还是响应性方面,均具有显著的优势。此体系液晶凝胶制得的可拉伸光散射显示器件应变可达145 %,且图像清晰(图3)。
图1 光响应剂2Azo2,基体液晶5CB以及凝胶因子POSS-Lys的结构式
图2 0.5 wt%POSS-Lys/5 wt%2Azo2/5CB液晶物理凝胶升(降)温过程相态转变行为
图 3 (a)显示屏初始有效长度为3.5cm;(b)显示屏拉伸后有效长度为5.1cm,拉伸至原始长度的145%