光/热响应型荧光液晶弹性体的制备与信息存储应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wolfboy5566
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近年来,在外部刺激作用下发生物理或化学性质变化的响应型智能材料已成为研究热点,其在信息显示、防伪、传感器及仿生器件等领域具有广阔的应用前景。具有高效发光特性和灵敏刺激响应性的α-氰基取代二芳基乙烯基荧光分子在信息存储与加密应用中展现出了独特的优势。然而,仅利用可调控荧光的信息存储系统功能较为单一,进一步开发具有多种存储模式和多重加密方式的信息存储系统具有重要意义。液晶弹性体(LCE)具有优异的机械性能、灵敏的外场响应性和灵活的可变形性,其可逆、复杂和可编程的形状变化行为为信息显示与信息保护提供了可能。本课题从开发多功能信息存储与加密材料的角度出发,通过将具有光可调荧光的α-氰基取代二芳基乙烯基荧光分子与液晶弹性体相结合,设计构建了具有多种响应行为的荧光液晶弹性体,研究了其光可调荧光变化和可编程形变行为,探究了其在信息存储、显示及多维多模式信息加密等方面的潜在应用。主要内容包括:1.通过协同利用光可调荧光和光可编程形状,开发了一种用于多维多级信息存储的新型荧光液晶弹性体材料。首先,设计并合成了新型α-氰基取代二芳基乙烯基荧光光开关DPPTA,通过组装进一步制备了单丙烯酸酯荧光氢键复合物DPPTA-AHBA,研究其光响应机理和光调控行为。随后,通过光聚合将荧光氢键复合物DPPTA-AHBA和偶氮苯衍生物A6A与液晶弹性体网络相结合,制备了光可调荧光LCE薄膜。在365 nm紫外光和450 nm蓝光的交替照射下,由于DPPTA-AHBA的可逆Z/E异构化,在荧光LCE薄膜上可多次写入和擦除荧光信息。通过控制紫外光辐照区域编程荧光LCE薄膜的形状变化,在加热时可以触发多种形变并实现3D信息存储。最后,利用365 nm紫外光照下荧光强度和形状的协同变化,在荧光LCE薄膜上写入了隐藏信息,该信息在紫外光下和加热时逐步被解密,从而实现了多级多维信息存储与加密。2.设计开发了具有动态共价键的可重构荧光液晶弹性体(FLCE)并用于集成视觉和触觉的信息存储和显示。首先,合成了α-氰基取代二芳基乙烯基荧光受体BPTA,进一步与氢键供体AHBA组装制备了双丙烯酸酯荧光氢键复合物BPTA-AHBA。随后,通过胺-丙烯酸酯aza-Michael加成反应和光聚合制备了具有动态共价键的FLCE薄膜。由于BPTA-AHBA的光致异构化及高温下激活的无催化剂酯交换反应,该液晶薄膜表现出光可调荧光、热可重构形状及形状记忆能力。基于上述性能,FLCE薄膜具有可见信息、单重加密信息和双重加密信息等多种信息存储模式。此外,通过结合基于光可调荧光的荧光信息和基于热可重构形状的盲文信息,在FLCE薄膜上记录了可被所有用户(包括视障者)读取的信息。3.设计开发了一种新型可自愈合的荧光液晶弹性体并用于受活字印刷启发的信息存储与显示。首先,设计合成了可聚合的α-氰基取代二芳基乙烯基荧光分子CPTHA,研究其在溶液态的光响应性能。该分子能够在450 nm蓝光和365 nm紫外光的照射下发生可逆的Z/E异构化,具有优异的光调控性能和良好的耐疲劳性。随后,利用两阶段的胺-丙烯酸酯aza-Michael加成反应,仅通过加热制备了新型荧光液晶弹性体。在交联阶段通过机械编程可以轻松获得单畴的液晶薄膜,研究了其热响应型形变和光调控荧光性能。通过引入动态硼酯键,该FLCE体系显示出优异的可编程性能和自修复能力。将光响应荧光与自愈合性能相结合,展示了受活字印刷启发的信息存储方法,实现了信息的自由组合及大面积信息的存储与显示,延长了材料的使用寿命。综上所述,本课题开发了一系列具有不同功能的荧光液晶弹性体,并研究了其在信息存储与加密领域的应用。该研究为开发新型聚合物存储材料提供了新的思路,并拓宽了液晶弹性体在信息存储、加密和防伪等领域的应用前景。
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