文獻分享|EHC MRG-100材料摩擦配向試驗機輔助表面接枝ZnO納米棒的微米厚池單向取向研究

東京工業(yè)大學 Kaho Ogata、Shoichi Kubo 教授團隊在《Molecules》（2022, 27, 689）發(fā)表研究，提出利用低分子量液晶（LCs）的協(xié)同運動，實現(xiàn)微米厚池內(nèi)表面接枝 ZnO 納米棒的單向均勻取向，為功能各向異性材料在微器件中的應(yīng)用提供新路徑。

摘要

無機納米管、納米棒等各向異性納米材料因其獨特性能備受關(guān)注，但在微米厚度范圍內(nèi)實現(xiàn)大面積均勻取向仍具挑戰(zhàn)。本研究聚焦液晶的協(xié)同運動特性，通過在 ZnO 納米棒表面接枝向列相液晶聚合物（PMA (4OPB)）以提升與主體液晶的相容性，成功在約 5μm 厚的液晶池中實現(xiàn) ZnO 納米棒沿液晶方向的一維均勻取向。偏光顯微鏡（POM）和偏振紫外 - 可見吸收光譜證實，接枝液晶聚合物的 ZnO 納米棒與向列相主體液晶呈單向平行取向。

樣品制備

玻璃基板經(jīng)異丙醇超聲清洗 30 分鐘、UV - 臭氧處理 10 分鐘后，旋涂取向?qū)忧膀?qū)體并在 220℃加熱 1 小時。采用EHC MRG-100材料摩擦配向試驗機對均勻取向?qū)舆M行摩擦處理，隨后將涂覆取向?qū)拥幕迮c含 5μm 硅間隔物的膠水貼合，制成玻璃池。該材料摩擦配向試驗機的精準摩擦工藝為液晶分子及 ZnO 納米棒的定向排列提供了關(guān)鍵支撐，是實現(xiàn)均勻取向的重要設(shè)備之一。

均勻取向性能驗證

在含均勻取向?qū)拥?/span> 5μm 厚玻璃池中，PMA (4OPB) 接枝 ZnO 納米棒與主體液晶 5CB 形成均勻向列相。POM 觀察顯示，樣品在 35℃以下呈現(xiàn)向列相特征的紋影織構(gòu)，旋轉(zhuǎn) 45° 時對比度明顯，偏振方向與摩擦方向平行或垂直時消光（圖 4）。偏振 UV-Vis 光譜表明，ZnO 納米棒在 350nm 附近的特征吸收峰平行于摩擦方向時強度更高，取向參數(shù) S 達 0.09，證實納米棒與液晶協(xié)同取向。

結(jié)論：

本研究探究了微米厚液晶池中，分散于主體液晶內(nèi)的向列相液晶聚合物接枝納米棒的取向調(diào)控規(guī)律。經(jīng)差示掃描量熱（DSC）分析證實，表面接枝的納米棒與主體液晶具有良好相容性，二者形成均一液晶相；借助偏光顯微鏡（POM）與偏振紫外 - 可見吸收光譜表征，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)取向?qū)犹幚淼?/span> 5μm 厚液晶池中，表面接枝納米棒與主體液晶呈平行的均勻同向取向。此外，分散表面接枝納米棒后，主體液晶的雙折射特性與 5CB（經(jīng)典液晶材料）幾乎一致，表明接枝的向列相液晶聚合物與主體液晶間存在協(xié)同作用，未發(fā)生明顯相分離。本研究成果為有效利用取向規(guī)整的納米材料各向異性，推動各類微尺度器件研發(fā)提供了支撐。