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摘 要： 本文简述了近20年来低分子液晶凝胶材料的研究进展.根据低分子液晶凝胶材料的组成成分不同分为两种类型：两组分液晶凝胶材料和单组分液晶凝胶材料.并对这两种类型液晶凝胶材料的形成机理、多功能化和潜在的应用前景等研究进展也做了相应介绍.
关键词： 液晶;凝胶;液晶凝胶
中图分类号：H131文献标识码：A文章编号：1007-3558（2015）06-0014-05
Research Progress on Liquid Crystalline and Gelation Properties of Materials
Cao Banpeng1,2, Yang Ruchun1, Okamoto Hiroaki2,*, Xiao Qiang1,*
（1. Jiangxi Science & Technology Normal University, Nanchang 330013, Jiangxi, China;
2. Graduate School of Science and Engineering, Yamaguchi University,
Ube, Yamaguchi 7550097, Japan）
Abstract： The progress on smart materials with liquid crystalline and gelation properties over the last twenty years is reviewed. According to the different compositions of the smart materials with liquid crystalline and gelation properties, they are classified into two species： two-components and one-component. The forming mechanisms, the multifunction and the potential applications of the two kinds of materials are also reviewed.
Keywords： smart materials; liquid crystalline; gelation property
一、引言
液晶和凝胶均属于智能材料,它们对外界物理化学环境微小的变化,如温度、光、磁场、电场、压力、pH等能做出相应的结构和构象改变.液晶凝胶材料是指既有电光效应、压电效应、光化学效应等液晶性质又有凝胶性质的一类材料.根据液晶凝胶分子量的不同,可以分为高分子液晶凝胶材料和有机低分子液晶凝胶材料.高分子液晶凝胶材料是通过共价键作用形成的,具有不可逆性,属于化学凝胶材料;而有机低分子液晶凝胶材料是通过分子间作用力（如氢键、范德华力、π-π共轭等）形成的,受外界物理化学条件刺激做出的反应,具有可逆性,属于物理凝胶材料.自1999年Kato等人[1]首次报道了具有液晶和凝胶剂两组分的有机低分子液晶凝胶材料以来,有机低分子液晶凝胶材料成为智能材料又一个研究热点.随着对两组分有机低分子液晶凝胶材料研究深入,同时具有液晶和凝胶性质的单组分有机低分子液晶凝胶材料的研究也逐渐开展.属于多功能智能材料的有机低分子液晶凝胶材料,在光电有机材料、储能材料和荧光材料等领域具有广泛的应用前景[2].本文综述了有机低分子液晶凝胶的制备、物理化学性质及其潜在应用等方面的研究进展.
二、两组分有机低分子液晶凝胶材料及其应用
Kato等人[1]研究了由液晶化合物1（图1）和氨基酸衍生物2或3（图1）组成的两组分有机低分子液晶凝胶材料.1是目前研究及运用最广泛的商品化液晶材料之一,而2和3作为凝胶剂能通过氢键的作用,固化多种有机溶剂形成凝胶.Kato等人通过加热熔解的方法将1和2或3混合均匀制备出低分子液晶凝胶材料.通过对低分子液晶凝胶材料的电光效应进行研究,结果表明：在0.25 mol%凝胶剂2的作用下,光电开关的响应时间为6毫秒,而1的响应时间为12毫秒.也就是说液晶凝胶材料的响应速度要比1的响应速度快1倍.当凝胶剂2换成3或者4的时候,液晶凝胶材料在电压作用下,光电开关的响应时间分别为无响应和大于12毫秒.也就是说,凝胶剂对该液晶凝胶材料的光电效应影响很大.
Kato等人认为[2f],液晶凝胶材料电光效应响应时间的变化和液晶分子和凝胶自组装先后顺序有很大关系,即和有机低分子液晶凝胶材料中液晶的清亮点温度及凝胶的相转移温度有很大的关系.当凝胶的相转移温度高于液晶清亮点温度（Tsol-gel> Tiso-lc）时,各向同性液体在降温的过程中,首先形成凝胶,体系继续冷却,然后形成液晶凝胶,如图2中Type I类型所示.当液晶清亮点温度高于凝胶的相转移温度（Tiso-lc> Tsol-gel）,各向性液体在降温过程中,首先形成液晶.由于液晶分子排布具有一定的规律性,所以随着温度的继续降低,凝胶剂分子会以液晶分子空间排布为模板,通过自组装形成较有规律的三维空间结构,如图2中Type II所示[3].
2003年,该课题组发现使用感光的手性凝胶剂5（图3）和1制备的液晶凝胶材料,在室温的条件下具有感光性和向列型特征[2d].5在紫外线照射下发生顺反异构化,分子结构由直线型转变为V字形,并形成胆固醇型的液晶.室温或者改用可见光照射,胆固醇型的液晶状态转变为胆固醇型的凝胶状态.其原因是5分子结构再次发生异构化,分子由反式的V字形再次成为顺式的直线型.对胆固醇型的凝胶进行加热,当温度高于凝胶的相转移温度,胆固醇型的凝胶转变成清澈的各向同性液体.冷却降温后,各向同性液体再次形成具有向列型特征的液晶凝胶材料.这种在光作用下能够完全逆转的液晶凝胶材料,作为擦写型的刻录材料具有潜在的应用前景.
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参考文献：
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