ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы, связанной с разработкой практически важной задачи создания самоорганизующихся тонких пленок и покрытий на основе жидких кристаллов, жидкокристаллических (ЖК) полимеров и ЖК композитов. Анизометричная геометрическая форма молекул жидких кристаллов и цепная асимметричная форма макромолекул полимеров предопределяют возможность формирования высокоанизотропных систем одномерного или двумерного типа с уникальными оптическими свойствами. Тенденция к самоорганизации и образованию тонкопленочных материалов содержащих фотохромные фрагменты и легко управляемых с помощью внешних воздействий отвечают современным задачам миниатюризации электронно-оптических систем и устройств самого широкого назначения – мониторов компьютеров и ноутбуков, планшетов и микроэкранов мобильных телефонов, смартфонов и других электронных информационных индикаторов. Проект имеет междисциплинарный характер и все исследования будут проводиться параллельно в трех научных организациях: Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова (МГУ), Физическом институте имени П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) и Институте кристаллографии РАН (ИКАН) при их тесном взаимодействии, совместных обсуждениях получаемых результатов и публикации в научных изданиях и представлении докладов на научных конференциях. Будут разработаны методы синтеза нескольких классов ЖК фотохромных и нефотохромных мономеров и полимеров, получены ЖК композиты. Используя различные приемы будут разработаны методы получения тонких пленок и покрытий ЖК полимеров, определены их фазовые переходы, исследована молекулярная и супрамолекулярная структура (МГУ, ИКАН). Особое внимание будет уделено изучению фотоиндуцированных процессов ориентации с целью создания фотоуправляемых покрытий – командных поверхностей и фотоориентантов. Используя фотооблучение светом разной длины волны и сконструированную в рамках проекта голографическую установку будет реализована задача создания наноструктурированной поверхности тонкопленочных покрытий с заданным поверхностно-периодическим рельефом. Такая поверхностная модификация позволит создать новые ЖК пленки с фоторегулируемой смачиваемостью. Впервые будут получены гибридные ЖК композиты на основе эластичных пленок эластомеров содержащих микронные и субмикронные частицы фотохромных ЖК полимеров. Создание этих пленок – это путь к получению нового типа ЖК пленок с двойным фото- и механическим управлением. В результате выполнения проекта будут разработаны новые фотохромные ЖК материалы в виде фотоуправляемых тонкопленочных покрытий с наноструктурированным поверхностно-периодическим рельефом для создания фотоориентантов, голографических сред, ЖК пленок с фоторегулируемой смачиваемостью, а также будут получены новые нелинейно-оптические среды.

The project is aimed at solving the fundamental scientific issue related to the development of practically important task of creating of self-assembled thin films and coatings based on liquid crystals, liquid crystal (LC) polymers and LC composites. Anisometric geometric shape of the liquid crystal molecules and the chained asymmetrical shape of macromolecules determine the possibility of forming of highly anisotropic systems of one-dimensional or two-dimensional type with unique optical properties. The tendency to self-organization and formation of thin-film materials containing photochromic fragments and easily controlled by external influences meet modern problems of miniaturization of electro-optical systems and devices for wide purposes - computer monitors and laptops, tablets and microscreens of mobile phones, smart phones and other electronic information indicators. The project is interdisciplinary in nature, and all of the research will be conducted in parallel in three research institutions: Lomonosov Moscow State University (MSU), the Physical Institute named after P.N. Lebedev, the Russian Academy of Sciences and the Institute of Crystallography, Russian Academy of Sciences, with their close cooperation, joint discussion of the results and publications in scientific journals and presenting papers at scientific conferences. The methods of the synthesis of several classes of LC photochromic and non-photochromic monomers and polymers will be elaborated, and composites will be obtained. Using a variety of techniques methods for the preparation of thin films and coatings of LC polymers will be developed; their phase transitions will be determined, the molecular and supramolecular structure will be studied (MSU, Institute of Crystallography). Particular attention will be paid to the photo-induced processes of the orientation in order to create photocontrolled coatings - command surfaces and photoorientants. Using photoirradiation by light of different wavelengths and holographic setup constructed under the project the task of the creation of a nano-structured surface of the thin-film coatings with a given surface periodic relief will be realized. Such surface modification will allow one to create a new LC film photocontrollable wettability. First LC hybrid composites based on elastic films of elastomers containing micron and submicron particles of LC photochromic polymers will be obtained. The creation of these films - this is the way to obtain a new type of LC films with double photo- and mechanical control. As a result of the project a new LC photochromic materials in the form of photocontrolled thin-film coatings with nano-structured surface periodic relief for creation of photoorientants, holographic media, LC films with photocontrollable wetting will be developed, as well as new non-linear optical media will be obtained.

Будут синтезированы фоточувствительные и нефоточувствительные мономеры акрилового и метакрилового рядов, а так же низкомолекулярный фотохромный прекурсор, а также выбраны оптимальные условия их синтеза, позволяющие получать конечные продукты с приемлемыми выходами (> 50%). На основе полученных мономеров методом радикальной полимеризации будет осуществлен синтез соответствующих полимеров. Синтез полиамидных соединений будет основан на проведении полимераналогичных реакций нуклеофильного замещения полисукцинимида первичными аминами, содержащим фотохромные группы. Вторая группа полимеров будет в дальнейшем использоваться для создания командных поверхностей и фотоориентантов. Впервые будут приготовлены водородно связанные полимерные композиции с фотохромным прекурсором. Будут определены концентрационные интервалы полного связывания добавки с кислотой с целью получения на основе таких композитов фоточувствительных ЖК пленок. Сравнение пленок на основе ковалентно-связанных полимеров и водородно связанных полимерных композитов впервые позволит определить влияние типа химической связи (ковалентной или водородной) на характер самоорганизации ЖК полимеров на различных подложках. Фазовое состояние, температурные интервалы существования ЖК фаз, теплоты фазовых переходов мономеров, полимеров и полимерных композиций будут определены методами поляризационной микроскопии и ДСК. Методом видимой-ближней ИК-спектроскопии будут изучены оптические свойства хиральных полимеров, образующих холестерическую фазу (селективное отражение света) и определена температурная зависимость максимума длины волны селективного отражения холестерических пленок. Существенное внимание в работе будет уделено изучению структуры и определению структурных характеристик полученных соединений (характер упаковок мезогенных групп полимеров в различных типах мезофаз, степень их упорядоченности). Будут апробированы способы формирования (методы spin-coating и off-center spin-coating) самоорганизующихся пленок фоточувствительных и нефоточувствительных ЖК полимеров на свободной поверхности стекла и кварца. Планируется изучение оптической ориентации в поглощающих нематических ЖК полимерных пленках на основе полимера PAA. Анализ полученных результатов позволит установить связь вязкости полимера с эффективностью оптической ориентации и оценить возможности увеличения ориентационной оптической нелинейности при переходе от низкомолекулярных к полимерных нематикам. Уникальные результаты предполагается получить на основе изучения топографии поверхности гребнеобразных ЖК полимеров содержащих азобензольные группы с помощью метода АСМ. Будут выявлены ЖК полимерные системы, демонстрирующие значительные изменения рельефа поверхности, вызванные облучением светом и изменениями режима их термической обработки. Для данных систем впервые будут предложены способы контролируемого формирования наноструктуры поверхности и установлено влияние микро- и нанорельефа поверхности на параметры смачиваемости пленок азобензольных низкомолекулярных и полимерных соединений.

Планируемые в данном проекте работы базируются на проведенных ранее участниками коллектива фундаментальных теоретических и экспериментальных исследованиях в различных областях физико-химии полимеров, структуры и оптических свойств жидких кристаллов, сложных электро- и фотоактивных композитов, а также пленочных сенсорных материалов полученных на основе принципов супрамолекулярной химии краунсодержащих соединений. В работах, проведенных на кафедре высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ, были сформулированы основные принципы получения широкого круга ЖК полимеров гребнеобразного строения. Осуществлен их синтез на основе полиакрилатов, полиметакрилатов и полисилоксанов, содержащих мезогенные группы, моделирующее строение нематических, смектических и холестерических жидких кристаллов, изучены их физико-химические свойства. Разработаны синтетические методы получения фотохромных ЖК полимерных композитов, управляемых с помощью светового воздействия, показана возможность регулирования оптических свойств ЖК полимеров, таких как прозрачность, цветовые характеристики, двойное лучепреломление, светорассеяние. Синтезированы и исследованы уникальные полимерные ЖК композиты, содержащие несколько различных фотохромных групп, чувствительных к свету различных диапазонов длин волн, что позволило осуществить раздельное «включение» этих фотоактивных фрагментов в состав макромолекул, получая многофункциональные материалы, проявляющие двойной фотохромизм. На основе вышеуказанных соединений получены новые оригинальные полимеры холестерического типа, обладающие спиральной супрамолекулярной структурой, оптические свойства которых могут изменяться под действием света. Это открывает интересные возможности для получения светоуправляемых полимерных материалов, которые могут быть использованы для обратимой (и необратимой) записи цветной информации, для создания новых типов пленочных оптических элементов для дисплейной техники, голографии и фотоники.