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    通過分子設計調節液晶相中的螺旋納米結構

    由荒川幸樹(豐橋工業大學,)副教授帶領的一組研究人員成功開發了具有相反方向的酯鍵的含硫液晶(LC)二聚體分子,該分子呈螺旋狀液晶相。在包括室溫在內的較寬的溫度范圍內進行扭曲彎曲的向列相(N T B)相。與先進光源研究機構(勞倫斯伯克利國家實驗室)的一個團隊合作發現,分子結構中的酯鍵方向極大地影響了N T中螺旋納米結構的節距長度B相??梢灶A期,這種分子設計可用于調整LC材料的物理性能,從而有助于LC激光,光取向和顯示技術等新的LC技術。

    N T B是一種新近鑒定的液相液相色譜,具有螺旋納米結構,螺距范圍從幾納米到幾十納米不等,成為液相色譜科學界的熱門話題。最近,探索了各種方法來將N T B材料應用于波長可調LC激光和光對準技術。就實用性而言,必須通過在較寬的溫度范圍內和室溫下形成LC相來設計LC材料。但是,在包括室溫在內的較寬溫度范圍內表現出N T B相的分子仍然極為罕見。這阻礙了對各種特性的深入評估和新應用程序的開發。

    豐橋工業大學的助理教授荒川勇樹及其團隊一直對開發新型的含硫LC材料感興趣,特別是基于含硫的硫醚(RSR)鍵的高雙折射材料和扭曲彎曲向列型LC的開發,它是溫泉的組成部分,是為數不多的剩余資源之一。與基于常規原子的其他鍵(例如亞甲基(碳)和醚(氧))相比,硫或硫醚鍵具有高極化率,并有望成為改善物理性質(如折射率和雙折射)的有用功能部分。

    在此之前,荒川由紀教授及其團隊已經成功開發出顯示N T B相的基于硫醚的彎曲分子。在這項研究中,我們嘗試通過向硫醚基彎曲二聚體分子引入相反方向的酯鍵(即-C = OO-和-O = CO-)來設計新的LC二聚體,并闡明酯鍵方向對N T B相行為。該小組成功地開發了在包括室溫在內的寬溫度范圍內均顯示出N T B相的新分子。

    此外,研究小組觀察到一種現象,其中具有O = CO酯的分子的螺旋間距(6-9 nm)大約是具有C = OO酯的分子的螺旋間距(11-24 nm)(圖1)。這是因為C = OO-酯二聚體比O = CO-酯二聚體具有更多的彎曲分子幾何形狀,導致前者的螺旋結構的分子旋進度高于后者。微調分子設計(即酯鍵方向)可以操縱螺旋納米結構,這對于光學應用而言尤其重要。

    據助理荒川教授,“表現出螺旋ÑLC分子? B相在較寬的溫度范圍內,包括房間溫度,保持罕見的。沒有研究清楚地表明了分子設計和所得到的螺旋結構,即,之間的結構-性能關系如何通過分子設計來控制螺旋納米結構。我們相信我們的研究提供了洞察力。”

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