Funkční kapalně krystalické materiály

Text

Do tohoto tématu spadá design a syntéza kapalně krystalických materiálů, které disponují speciálními vlastnosti a jejich kombinacemi danými zabudováním jednoho či více nových funkčních prvků do molekuly.

První skupinou těchto materiálů, které vyvíjíme, jsou fotosenzitivní kapalné krystaly. Ty vzniknou zabudováním fotocitlivé skupiny do molekul, čímž  vznikne molekulární přepínač (Obr. 1). Výsledný kapalně krystalický materiál pak můžeme ovládat nejen pomocí běžného elektrického, ale také pomocí světelného signálu, který nabízí mnohem více možností manipulace s elektrooptickými a mechanickými vlastnostmi materiálu.

Tema2Obr1
Popis

Princip funkce fotosenzitivních kapalných krystalů na bázi azobenzenu – fotoisomerizace a změna tvaru molekuly, která vede k výrazným změnám vlastností materiálu

Z celé řady fotocitlivých skupin se zabýváme látkami na bázi kyseliny skořicové, stilbenu, azobenzenu a nově také arylhydrazonů. Nejintenzivnější práce probíhá  na látkách s azobenzenovou fotoaktivní jednotkou. Studujeme možnosti využití laterální substituce v blízkosti azoskupiny ovlivňující elektronovou distribuci v molekule na rychlost a účinnost fotoindukovaných změn v materiálu. Především se jedná o studium fotoisomerizace a následné termické relaxace pomocí kinetických měření. Mimo kapalně-krystalických materiálů, vyvíjíme také fotocitlivá chirální aditiva do směsí kapalných krystalů. Ve výsledných systémech lze následně pomocí světelného signálu modifikovat supramolekulární chiralitu a z ní plynoucí speciální vlastnosti materiálu.

Druhá skupina vyvíjených materiálů zahrnuje tzv. reaktivní mesogeny a kapalně krystalické polymery. Reaktivní mesogeny jsou jinými slovy kapalně krystalické monomery, tedy látky, jejichž dalším funkčním prvkem je polymerizovatelná jednotka (Obr. 2). Může to být jiná reaktivní skupina pomocí, které lze molekula připojit kovalentní vazbou k jiné molekule, polymeru, či povrchu materiálu.

tema2obr3
Popis

Schématické znázornění reaktivního mesogenu včetně příkladů reaktivních skupin (RS) a schéma syntézy fotosenzitivního kapalně krystalického elastomeru na bázi polysiloxanu

V naší skupině se zabýváme syntézou chirálních a nechirálních monomerů s reaktivní dvojnou vazbou, akrylátovou nebo s methakrylátovou skupinou, a také dioly nebo thioly. Z připravených reaktivních mesogenů jsou na našem pracovišti a v rámci spolupráce s jinými skupinami připravovány příslušné polymerní materiály nejčastěji siloxanového, akrylátového nebo methakrylátového typu, ale i jiné (Obr. 3). Velmi často je tato skupina kombinována se skupinou první a jde tedy o tzv. fotosenzitivní kapalně krystalické polymery. Tyto materiály jsou svými vlastnostmi zacíleny na uplatnění v moderní optice a optoelektronice; například jako řádově miniaturizované prvky optických zařízení, média pro snadný přepisovatelný záznam a uchování optických dat nebo pro speciální skryté holografické kódy a značky v bezpečnostních technologiích.

MC_tema2_obr2.jpg
Popis

Selektivní odraz světla chirálním fotosenzitivním materiálem

Třetí typ materiálů, které navrhujeme a syntetizujeme, jsou kapalně krystalické ligandy pro nanočástice a nanokompozity. Cílem je navrhnout molekuly, které díky své struktuře nejen stabilizují disperze nanočástic jako klasické surfaktanty, ale podpoří také samouspořádání (Obr. 4). To je při použití běžných surfaktantů téměř nedosažitelné. Přidaným funkčním prvkem těchto kapalně krystalických látek je skupina, pomocí které se selektivně navážou na povrch nanočástic. Tím je jejich molekulární struktura velmi podobná reaktivním mesogenům a lze například výše uvedené látky s thiolovou skupinou využít jako ligandy pro nanočástice stříbra a zlata. Pro magnetické nanočástice na bázi oxidů železa syntetizujeme například ligandy na bázi alkylfosfonové kyseliny. Mimo syntézy organických ligandů jsme v rámci tohoto tématu vyvíjeli metodu syntézy nanočástic stříbra přímo v přítomnosti kapalně krystalického ligandu.

Tema2Obr4
Popis

Zjednodušené schéma přípravy kapalně krystalického nanokompozitu a příklady využívaných funkčních skupin ligandu (FS)

 

Na tématu se podílejí