[发明专利]一种手性光敏掺杂剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种手性光敏掺杂剂及其制备方法与应用，该光敏掺杂剂中包含有光敏基团，光敏基团为大位阻烯烃结构，同时大位阻烯烃结构具有点手性及轴手性；大位阻烯烃结构作为光响应型手性材料动态调控液晶的螺旋结构，通过光异构化实现了分子内螺旋性反转，从而赋予了胆甾相液晶螺旋结构手性反转的能力。与相关技术相比，以大位阻烯烃结构为基础的手性光敏掺杂剂，具有更高的可设计性和可操作性，从而实现了体系的多功能动态调控。此外，本发明的制备原料来源简单，价格便宜，合成方法相对简单，非常适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及光调控技术领域，具体涉及一种手性光敏掺杂剂及其制备方法与应用。

背景技术

人们对材料的要求日益提高，传统意义下功能材料与结构材料之间的界限逐渐消失，材料向多功能化和智能化方向发展。新材料作为功能材料的主要发展方向，其中，具有多重调整功能，可以根据环境因素主动改变自身性质的智能材料，成为了新材料中一个备受关注的内容。智能材料是由多种材料组元通过有机复合或科学组装而构成的材料系统，具备感知、驱动或控制这三个基本功能要素。具体来说，智能材料能够感应外界诸如光、电、热和力等刺激，并按照设定的方式发生特定的响应行为，当外部刺激消除后仍能迅速恢复到原始状态。液晶分子具有各向异性排列和协同运动的特点，在外场作用下，易产生液晶相到各向同性的转变，分子排列也因此出现有序-无序的变化。取消外场时，由于分子间的相互作用，又趋向恢复到原始平衡状态下的取向，从而导致弹性模量、粘度、光学和电学性质等动态变化。这种高刺激响应性，十分适合制备智能材料，可以通过对主体液晶进行掺杂、改性或超分子复合，进一步强化整个体系的各向异性和刺激响应性。其中光响应材料因易实现、响应速度快、调控手段多样而格外受到关注。

胆甾相液晶具有螺旋结构，它的自组装螺旋结构在其镜像上是不可叠加的。因此，胆甾相液晶具有手性。根据胆甾相液晶分子的螺旋性，可分为左手螺旋胆甾相液晶和右手螺旋胆甾相液晶。其中，胆甾相液晶的螺旋结构使其具有选择性反射、旋光性及圆二色性等光学性质。胆甾相液晶结构具有特征性的螺距(Pitch，P)和手性。螺距(P)是分子完成360°旋转时沿螺旋轴的距离，换句话说，即指向矢n描述完整旋转(即360°)时的距离。一般的，手性掺杂剂诱导分子的扭转能力越强，分子的螺距则越小，反之则越大。P除了大小外，还具有正负号的符号，它定义了胆甾相液晶的手性。正号表示右手螺旋胆甾相液晶，而负号表示左手螺旋胆甾相液晶。此外，胆甾相液晶的螺距容易受到外界因素的影响，具有刺激响应性，所以其被广泛应用于显示领域。胆甾相液晶最吸引人和最有前景的光学特性是其对光的“选择性反射”，使其从根本上和技术上都受到关注。当一束白光入射到胆甾相液晶表面，胆甾相液晶会选择性的反射与胆甾相液晶螺距相同的波长的光，发生Bragg散射，称为选择性反射，关系满足λ＝n·P，其中n是LC材料的平均折射率。因此，通过在光照射下改变胆甾相液晶的螺距长度，可以调节反射光的波长。当圆偏振光入射到胆甾相液晶表面时，胆甾相液晶会有选择地反射与胆甾相液晶同手性的圆偏振光(circularly polarized light，CPL)，但透射具有相反螺旋的CPL，这种现象即为胆甾相液晶的圆二色性，被称为偏振选择规则。因此，右手胆甾相液晶反射右手CPL(r-CPL)，左手胆甾相液晶反射左手CPL(l-CPL)。自从发现胆甾相液晶的应用以来，调节螺距产生应用一直是主要的研究方向，因为它将允许系统中的动态变化。例如，连续地改变反射光的波长，从而反射出不同颜色。