|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Светоуправляемые функциональные гидразон- и азобензол-содержащие жидкокристаллические полимеры для фотоникиНИР
Light driven functional hydrazone and azobenzene based liquid crystalline polymers for photonics
- Руководитель НИР: Бобровский А.Ю.
- Ответственные исполнители: Бойчук А.И., Стрелков И.А.
- Участники НИР: Амелехина С.А., Баленко Н.В., Кочкарева Э.И., Муравьева В.А., Синицына О.В., Стрелков И.А., Швецов C.А., Швецов С.А., Шибаев В.П.
- Подразделение: Кафедра высокомолекулярных соединений
- Срок исполнения: 18 февраля 2020 г. - 27 февраля 2023 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): РФФИ- 19-53-26007 Чехия-а
- Номер ЦИТИС: АААА-А20-120020590080-1
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к передовым цифровым, интеллектуальным технологиям
- ПН России: Индустрия наносистем
- Критическая технология России: Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.25.15 Структура и свойства природных и синтетических высокомолекулярных соединений
- 31.25.19 Синтез высокомолекулярных соединений. Физико-химические основы синтеза высокомолекулярных соединений
- Классификатор OECD: Полимеры
-
Ключевые слова:
фотохромизм, азобензол, хиро-оптические свойства, фотоориентация, жидкокристаллические полимеры, гидразон, фотоизомеризация
azobenzene, hydrazone, liquid crystalline polymers, photochromism, chiro-optical properties, photoisomerization, photoorientation -
Описание:
Проект направлен на решение фундаментальной задачи установления корреляций между химической структурой хирально-фотохромных гребнеобразных ЖК полимеров, их фазовым поведением и фотооптическими свойствами. В ходе проекта будет осуществлён дизайн, выполнен синтез нового поколения полимеров с последовательно изменяемым строением отдельных структурных фрагментов макромолекул. Последовательное варьирование структуры позволит выявить основные закономерности формирования ЖК фаз, изучить кинетику фотоиндуцированных процессов и установить влияние структурных элементов макромолекул на фотооптические свойства исследуемых полимеров. В ходе работы предусматривается активное взаимодействие чешской и российской сторон, направленное на поиск оптимальных химических структур исходных мономеров и позволяющий синтезировать полимеры с лучшими фотооптическими характеристиками.
-
Abstract:
The project is aimed at solving the fundamental problem of establishing correlations between the chemical structure of chiral photochromic comb-like LC polymers, their phase behavior and photo-optical properties. During the project, design will be carried out, a new generation of polymers will be synthesized with a successively variable structure of individual structural fragments of macromolecules. Sequential variation of the structure will make it possible to reveal the main laws governing the formation of LC phases, to study the kinetics of photoinduced processes, and to establish the effect of structural elements of macromolecules on the photo-optical properties of the studied polymers. In the course of the work, an active interaction of the Czech and Russian sides is envisaged, aimed at finding the optimal chemical structures of the starting monomers and allowing synthesizing polymers with the best photoptical characteristics.
-
Планируемые результаты:
В ходе проекта будут выявлены новые закономерности влияния структуры и фазового поведения хирально-фотохромных ЖК полимеров на их фотоооптические, хирооптические свойства и процессы фотоориентации. Целенаправленное и последовательное варьирование строения различных структурных элементов макромолекулы, таких как длина спейсера, типа фотохрома и латеральных заместителей в нём, длина концевого фрагмента и его структуры, позволит получить важную информацию о корреляции между структурой таких систем, их фазовым состоянием и фотооптическими свойствами. Эти данные позволят апробировать подходы к фотооптической записи изображения на плёнках таких полимеров при помощи облучения с использованием масок и/или голографической установки. Полученные в проекте новые полимеры являются перспективными для их использования в различных областях фотоники и оптоэлектроники.
-
Научный задел:
Коллектив участников проекта уже давно известен в области создания и исследования многофункциональных жидкокристаллических (ЖК) систем, включая низкомолекулярные и полимерные жидкие кристаллы, дендримеры и композиты. Работы университетской группы внесли существенный вклад в понимание условий формирования ЖК фаз в макромолекулярных соединениях, особенностей их фазового поведения и фотооптических свойств. В работах сотрудников химического факультета МГУ разработаны новые подходы к фоторегулированию оптических свойств ЖК полимеров гребнеобразного строения и других типов соединений, что привело к созданию новых материалов для фотоники, оптики, записи и отображения информации. Основные результаты работ в этих направлениях отражены в десятках научных статей и в двух обзорах. Сотрудниками данной лаборатории впервые синтезированы холестерические сополимеры, содержащие уникальные хирально-фотохромные боковые группы, важным преимуществом которых является возможность недеструктивного считывания, что важно для разработки новых методов записи и хранения информации. В сотрудничестве с чешскими учёными-синтетиками, участниками данного проекта, уже в течение 10 лет ведутся работы по синтезу и исследованию фотохромных полимерных и низкомолекулярных ЖК-систем с уникальными фотооптическими свойствами, результаты этих исследований отражены в 15 совместных публикациях в научных журналах. Одно из направлений сотрудничество связано с новым подходом к получению полимерных композитов на основе пористого полиэтилена и полипропилена. Несколько совместных публикаций посвящено синтезу и изучению низкомолекулярных и полимерных фотохромных соединений, содержащих «бананообразные» фотохромы. Кроме того, недавно начаты работы по изучению влияния химической структуры хирально-фотохромных полимеров на их фотооптические свойства с акцентом на процессы фотоориентации под действием поляризованного света.
- Добавил в систему: Бобровский Алексей Юрьевич
Соисполнители НИР
| Институт физики Академии наук Чешской республики | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 18 февраля 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Светоуправляемые функциональные гидразон- и азобензол-содержащие жидкокристаллические полимеры для фотоники |
| Результаты этапа: На первом этапе проекта были синтезированы и исследованы три нехиральных гомополимера, содержащих фотохромные фрагменты цианазобензола с боковыми метильными заместителями и различной длиной спейсера (4, 6, 10 метиленовых звеньев). Кроме того, был синтезирован сополимер содержащий 30 мольн% цианазобензольных групп и 70 мольн% фенилбензоатных нематогенных групп. Второй класс полученных полимеров – хирально-фотохромные гомополимеры содержащие азобензольный фрагмент с латеральными метильными и этильными заместителями и хиральным алкильным концевым фрагментом, а также четыре гомополимера с варьируемой длиной спейсера и концевого заместителя (6 и 10 метиленовых звеньев). Для последних гомополимеров были также синтезированы и изучены их рацемические аналоги. Изучено фазовое поведение полученных полимеров. Полимеры с относительно коротким спейсером (m=6 метиленовых звеньев) образуют смектическую и холестерическую (нематическую) мезофазы, в то время как полимеры с m=10 – только смектическую фазу. Сравнение с полимерами без латеральных заместителей в мезогенном фрагменте показало, что их наличие снижает температуру просветления на более чем 50 оС. Исследованы процессы E-Z фотоизомеризации под действием УФ света и термоиндуцированной обратной Z-E изомеризации при разных температурах. Обнаружено, что для полимеров с хиральными алкильными концевыми заместителями формирование агрегатов значительно усложняет кинетику фотопроцессов по сравнению с полимерами с циано-замещёнными фотохромами. Для последних длина спейсера оказывает незначительное влияние на кинетику изомеризации. Так для полимера с длинным спейсером скорость E-Z-изомеризации лишь немного выше, тогда как скорость обратного процесса практически не зависит от длины спейсера. Для полимеров с хиральными алкильными концевыми заместителями обнаружено значительное влияние длины хвостового фрагмента: его удлинение значительно увеличивает скорость как прямой так и обратной фотоизомеризации. | ||
| 2 | 1 февраля 2021 г.-22 февраля 2022 г. | Светоуправляемые функциональные гидразон- и азобензол-содержащие жидкокристаллические полимеры для фотоники |
| Результаты этапа: Осуществлён синтез новых гомо- и сополимеров с фотохромными боковыми группами на основе азобензола и гидразона. Изучено их фазовое поведение и определены молекулярно-массовые характеристики. Необходимо отметить, что в ходе данного этапа проекта впервые синтезирован гидразон-содержащий фотохромный сополимер, образующий холестерическую фазу. Изучены хирооптические свойства двух серий синтезированных полимеров. Для всех плёнок полимеров в аморфизованном состоянии (полученных методом spin-coating) обнаружен значительный круговой дихроизм (КД). Показано, что удлинение спейсера и концевого алкильного фрагмента боковых групп приводит к увеличению сигнала КД, а увеличение длины бокового заместителя в фотохроме, наоборот, к его уменьшению. Изучение влияния отжига на спектры КД выявило неожиданные закономерности: для некоторых полимеров отжиг и формирование смектической мезофазы приводит к падению КД до нуля, тогда как для полимеров с длинным спейсером из 10 метиленовых звеньев он резко возрастает. Продемонстрирована возможность управления величиной КД под действием УФ света за счёт процесса Е-Z изомеризации, который, разрушает экситонные пары хромофоров и делает сигнал КД равным нулю. После облучения полимеров видимым светом за счет восстановления концентрации Е-формы фотохромов интенсивность сигнала КД несколько возрастает. Для некоторых полимеров отжиг при температуре выше стеклования позволяет полностью восстановить исходные значения КД. Обнаружен ряд закономерностей влияния структуры боковых групп на процессы фотоориентации под действием поляризованного света. Длина спейсера и наличие латеральных заместителей оказывает существенное влияние на значения фотоиндуцированного дихроизма, тогда как длина концевого алкильного фрагмента практически не влияет. В частности, удлинение спейсера приводит к росту значений дихроизма, тогда как удлинение латерального заместителя, наоборот, к его падению. Сравнение полиметакрилатов имеющих латеральные заместители в азобензольных фотохромах с аналогичными незамещёнными показало, что наличие латеральной метильной группы приводит к росту фотоиндуцированного дихроизма. Для большинства полимеров хиральность практически не влияет на процессы фотоориентации. В ходе выполнения проекта обнаружено значительное влияние структуры боковых фотохромных групп (длины их алифатических фрагментов и хиральности) на процессы релаксации величины фотоиндуцированного дихроизма при комнатной температуре. Впервые изучено воздействие т.н. «оптического вихря» на аморфизованную плёнку одного из синтезированных азобензол-содержащих полимеров. Обнаружено, что при воздействии оптического вихря на плёнку полиметакрилата происходит формирование закрученной ориентационной структуры с дефектом на оси пучка. Направление закрутки зависит от топологического заряда вихря. Полученные экспериментальные данные открывают новые перспективы для исследований и возможного применения таких систем в фотонике. | ||
| 3 | 1 февраля 2022 г.-27 февраля 2023 г. | Светоуправляемые функциональные гидразон- и азобензол-содержащие жидкокристаллические полимеры для фотоники |
| Результаты этапа: Основным результатом проекта явилось установление принципиально новых закономерностей влияния структуры боковых фотохромных групп гребнеобразных ЖК полимеров на их фазовое поведение и фотооптические свойства. С этой целью был осуществлён синтез ряда новых гомо- и сополимеров с фотохромными боковыми группами на основе азобензола и гидразона. Обнаружен ряд закономерностей влияния структуры боковых групп на процессы фотоориентации под действием поляризованного света. Длина спейсера и наличие латеральных заместителей оказывает существенное влияние на значения фотоиндуцированного дихроизма, тогда как длина концевого алкильного фрагмента практически не влияет. Удлинение спейсера приводит к росту значений дихроизма, тогда как удлинение латерального заместителя, наоборот, к его падению. Сравнение полиметакрилатов имеющих латеральные заместители в азобензольных фотохромах с аналогичными незамещёнными показало, что наличие латеральной метильной группы приводит к росту фотоиндуцированного дихроизма. Для большинства полимеров хиральность практически не влияет на процессы фотоориентации. Для всех плёнок хирально-фотохромных азобензол-содержащих полимеров в аморфизованном состоянии обнаружен значительный круговой дихроизм (КД). Показано, что удлинение спейсера и концевого алкильного фрагмента боковых групп приводит к увеличению сигнала КД, а увеличение длины бокового заместителя в фотохроме, наоборот, к его уменьшению. Изучение влияния отжига на спектры КД выявило неожиданные закономерности: для некоторых полимеров отжиг и формирование смектической мезофазы приводит к падению КД до нуля, тогда как для полимеров с длинным спейсером из 10 метиленовых звеньев он резко возрастает. Продемонстрирована возможность управления величиной КД под действием УФ света за счёт процесса Е-Z изомеризации, который, разрушает экситонные пары хромофоров и делает сигнал КД равным нулю. Последующее облучение видимым светом приводит к обратному росту дихроизма. В ходе выполнения проекта впервые синтезирован холестерический сополимер с боковыми гидразон-содержащими хирально-фотохромными группами и впервые обнаружен значительный сдвиг пика селективного отражения из ИК области спектра (1650 нм) в видимую (500 нм) за счёт фотохимически обратимого процесса Z-E изомеризации. Впервые изучено воздействие «оптического вихря» на аморфизованные плёнки азобензол-содержащих полимеров. Обнаружено, что взаимодействие оптического вихря приводит к формированию закрученных ориентационных структур с дефектом на оси пучка. Направление закрутки зависит от топологического заряда вихря. Полученные экспериментальные данные открывают новые перспективы для исследований и возможного применения таких систем в фотонике. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".