ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ФНКЦ РР |
||
Задача управления надмолекулярной структурой частично упорядоченных сред, в том числе, жидких кристаллов, является актуальной для разработки «умных» материалов, сред для записи информации, оптических устройств и материалов биомедицинского назначения. Особенностью этих материалов является их способность изменять свои свойства, в том числе, ориентационную упорядоченность молекул, под влиянием «мягких» воздействий, таких как электрическое и магнитное поле, световое воздействие, воздействие поверхности. Настоящий проект направлен на изучение возможностей управления ориентационной упорядоченностью жидкокристаллических материалов путём одновременного приложения нескольких ориентирующих воздействий. Особое внимание в проекте уделено новым жидким кристаллам, состоящим из парамагнитных и фотохимически активных молекул. Для жидких кристаллов – молекулярных магнетиков – будет экспериментально решён вопрос о величине и направлении анизотропии магнитной восприимчивости. Для фотохромных жидких кристаллов будет опробована методика упорядочения под действием поляризованного света в процессе кристаллизации из изотропной фазы.
The problem of controlling of supramolecular structure of partially ordered media, including liquid crystals, is important for the development of "smart" materials, media for information storage, optical devices and biomedical materials. A feature of these materials is their ability to change their properties, including the orientation ordering of molecules, under the influence of "soft" orienting forces, such as electric and magnetic fields, light irradiation, surface effects. The present project is aimed at studying the possibilities of controlling the orientational ordering of liquid-crystal materials by simultaneously applying several orienting forces. Special interest is concerned with new liquid crystals consisting of paramagnetic and photochemically active molecules. For liquid-crystalline molecular magnetics the question of the magnitude and direction of the anisotropy of the magnetic susceptibility will be addressed experimentally. For photochromic liquid crystals, the ordering procedure under the action of polarized light in the process of crystallization from the isotropic phase will be tested.
На 1 год запланировано: 1. Определение ориентационных структур смектических жидких кристаллов, полученных при охлаждении нематических ячеек с искажённым директором. 2. Проведение экспериментов с переходом Фредерикса в жидких кристаллах, состоящих из парамагнитных молекул. 3. Выяснение возможности фотоориентации смектических азобензолсодержащих жидких кристаллов.
Авторы проекта имеют большой опыт изучения жидкокристаллических материалов. В том числе, авторами продемонстрирована роль неоднородностей, дефектных областей, междоменных границ при переориентации жидких кристаллов в магнитном поле [Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 18340] и под действием света [J. Phys. Chem. B. 2013, 117, 12328; J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 1372], построены и опробованы кинетические модели переориентации полидоменных жидкокристаллических материалов [J. Phys. Chem. B. 2013, 117, 13936; Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 18340]. Авторы проекта имеют большой опыт в спектроскопии электронного парамагнитного резонанса спиновых зондов в жидких кристаллах. В нашей работе впервые для изучения ориентации жидких кристаллов были применены новые многофункциональные спиновые зонды, позволяющие получать более полную информацию о структуре и динамике частично упорядоченных сред, как-то: мезогенные, фотохромные, бирадикальные спиновые зонды [Chem. Phys. Lett. 2011, 506, 46; J. Phys. Chem. B. 2014, 118, 5589; Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 31144]. Нами разработано оригинальное программное обеспечение для численного анализа спектров ЭПР, позволяющее определять характеристики ориентационной упорядоченности и вращательной подвижности молекул в жидких кристаллах [A. Vorobiev, N. Chumakova, in Nitroxides - Theory, Experiment and Applications, InTech 2012; A. Bogdanov, Orthos – software for numerical simulation of EPR spectra of mono- and biradicals, http://orthos-epr.sourceforge.net, 2016]. В распоряжении авторов проекта имеются все требуемые химические вещества: жидкие кристаллы, азобензольные красители, спиновые зонды, а также материалы для изготовления жидкокристаллических ячеек. Лаборатория авторов проекта оснащена спектрометрами электронного парамагнитного резонанса, оптического поглощения, поляризационными микроскопами с температурными приставками, установками для проведения фотохимических экспериментов.
В ходе выполнения проекта будут получены следующие важнейшие результаты: 1. будут опробованы и отработаны методики ориентации смектических жидких кристаллов при одновременном приложении к ним нескольких ориентирующих воздействий; 2. будет выяснена возможность проведения фотоориентации низкомолекулярных фотохромных жидких кристаллов в мезофазе и вблизи температур фазовых переходов; 3. будет отработана методика ориентации хромонных жидких кристаллов, содержащих азобензольный краситель, на командной поверхности, содержащей краситель с той же химической структурой; 4. будет определена анизотропия магнитной восприимчивости жидких кристаллов, состоящих из парамагнитных молекул.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 9 января 2019 г.-25 декабря 2019 г. | Управление надмолекулярной структурой организованных сред путём приложения двух ориентирующих воздействий |
Результаты этапа: Запланированные на 1 год работы выполнены полностью: 1. Определены ориентационные функции распределения смектических жидких кристаллов, полученных при охлаждении нематических ячеек с искажённым директором. Показано, что доля частиц в каждой из ориентаций определяется соотношением сил ориентирующих воздействий. 2. Проведены эксперименты с переходом Фредерикса в жидких кристаллах, состоящих из парамагнитных молекул. Определены пороговые поля перехода Фредерикса для экспериментов, проведенных в двух геометриях: для исходно гомеотропного и иходно планарного образцов. 3. Проведено облучение семи материалов, представляющих себя кристаллические и жидкокристаллические соли с азобензольными анионами и амфифильными катионами. Для шести из них было показано протекание в образцах материала фотоориентации. Для одной из солей облучение сопровождается фотодеструкцией материала. | ||
2 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Управление надмолекулярной структурой организованных сред путём приложения двух ориентирующих воздействий |
Результаты этапа: Заявленные работы на 2020 год выполнены полность. 1. В соответствии с заявленным планом работ на 2 год, опробовано использование жидкокристаллических ионных солей как командных поверхностей для ориентировки лиотропных жидких кристаллов со схожей химической структурой. В качестве модельных командных поверхностей использовано соединение I, продемонстрировавшее наибольшую степень фотоиндуцированного упорядочения. В качестве ориентирующихся лиотропных жидких кристаллов будут использованы т. н. «хромонные» жидкие кристаллы, образуемые концентрированными водными растворами красителя, сходного по химической структуре с соединением I. 2. В соответствии с заявленным планом работ на 2 год, продолжены работы по изучению переориентации парамагнитных жидких кристаллов в магнитном поле. Изучен новый жидкокристаллический материал, содержащий как парамагнитный нитроксильный фрагмент, так и фотохромный азобензольный фрагмент. Выяснена способность этого материала к фотоизомеризации и фотоориентации, а также влияние фотоиндуцированных явлений, протекающих в этом материале, на его магнитные свойства. 3. В соответствии с заявленным планом работ на 2 год, опробованы условия фотоориентации низкомолекулярных жидких кристаллов. Предполагалось, что вблизи температурных границ существования мезофаз этих материалов, протекание в них фотоиндуцированных фазовых переходов может привести к увеличению скорости и эффективности фотоориентации. С другой стороны, при повышении температуры будет увеличиваться скорость диффузии транс- и цис-форм красителя, что препятствует фотоориентации. Проведены эксперименты по фотоориентации изучаемых жидких кристаллов при различных температурах и найдены оптимальные условия протекания этого процесса. 4. Дополнительно к запланированному, продолжены работы по изучению ориентационных распределений молекул в жидкокристаллических ячейках, под действием нескольких ориентирующих воздействий. Проведены эксперименты в различных геометриях ориентирующих воздействий, в том числе, для твист-ячеек. | ||
3 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Управление надмолекулярной структурой организованных сред путём приложения двух ориентирующих воздействий |
Результаты этапа: Настоящий проект направлен на изучение возможностей управления ориентационной упорядоченностью жидкокристаллических материалов путём одновременного приложения нескольких ориентирующих воздействий. Изучен ряд новых перспективных жидкокристаллических материалов, в том числе впервые синтезированных в ходе выполнения проекта. Для характеризации ориентационной упорядоченности и молекулярной подвижности изученных материалов применяли комбинацию физико-химических методов исследования, в том числе метод электронного парамагнитного резонанса (спинового зонда). Была разработана и впервые опробована методика определения ориентационной функции распределения спинового зонда в жидком кристалле для ориентационных распределений произвольной симметрии. Осуществлено управление ориентацией молекулярных магнетиков, образующих жидкокристаллические фазы, под действием магнитного поля и поляризованного света. Было обнаружено, что этот материал эффективно ориентируется под действием света, причём процесс фото-ориентации характеризуется необычными S-образными кинетическими кривыми. Данная особенность связана с необходимостью образования и роста зародышей фазы с нужной ориентацией. Изучено влияние фото-ориентации на магнитнорезонансные свойства этих материалов. Для восьми новых, ранее неизвестных азобензолсодержащих низкомолекулярных веществ, образующих смектические жидкокристаллические фазы, была изучена возможность упорядочения под действием света (фотоориентации). Максимальная наблюдавшаяся величина фотоиндуцированного дихроизма составила 0,7. Предложен и впервые опробован принцип использования этих новых фотоанизотропных красителей для создания командных поверхностей для ориентации лиотропных хромонных жидких кристаллов. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".