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[硕士论文] 汪佩
应用数学 湖南师范大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 刘奕斐
工程(航空工程) 重庆大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 张兆伟
材料工程 山东理工大学 2018(学位年度)
[硕士论文] 张远卓
材料科学与工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:Al-Ni-Co系准晶是二维准晶的一种,学者们对其结构有许多研究,但是对其电子性质和态密度的研究较少,为了探究其结构与电子性质之间的关系,本论文基于透射电子显微镜高分辨Z衬度像实验结果,构建了Al-Ni-Co系准晶b-Ni相和5f相的准单胞模型,并利用第一性原理计算研究了其基态能量、电子性质和态密度,分析对比了不同过渡金属元素(TM)原子占比模型的计算结果。得到结论如下:
  1.基于密度泛函理论,研究了Al-Ni-Co系十边形准晶相b-Ni结构的10f模型中的NinCo40-n(n=0~40)准单胞团簇,对n=0,8,16,24,32,40这六个结构进行几何优化发现,其内圈原子都向内收缩。优化后的结构中圈TM原子外接圆直径为13.0(A),内圈TM原子外接圆直径为4.3(A)。通过分析这些准单胞团簇的结构与能量的关系发现,过剩能在Ni原子占比超过50%时显著增大。且Co偏向于占据中圈,准单胞团簇的过剩能随着中圈Co比例增大而降低。态密度分析发现费米面附近处存在赝能隙,且Co原子占据外国的结构比Co原子占据内圈的结构拥有峰值更高的总态密度曲线。
  2.研究Al-Ni-Co系十边形准晶相5f结构的5f_1模型中的NinCo40-n(n=0~40)准单胞团簇,对n=0,8,16,24,32,40这六个结构进行几何优化,发现其对称破缺。基于5f_1模型进行调整,构建5f_2模型,同样对不同Ni原子占比结构进行几何优化,发现内圈原子位置向内收缩,且其仍保持五次旋转对称性,各个模型优化后结构相似,中圈TM原子外接圆直径为12.7(A),内圈TM原子外接圆直径为4.3(A)。通过分析5f_2模型的结构与能量关系发现,Ni原子偏向于占据外圈,过剩能在Ni原子占比超过50%时急剧增加。随着外圈Ni比例的增加,团簇过剩能升高。
[硕士论文] 吕文明
光学工程 天津大学 2017(学位年度)
[硕士论文] 李阳
外科学(普外临床研究与腹腔镜技术) 暨南大学 2017(学位年度)
[博士论文] 赛得
材料科学与工程;材料物理与化学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:本文设计并研究了一系列含有金刚烷中心单元的新型盘状液晶(DLC),其四个桥头位置用不同数目(1-4)的3,4,5-三(十二烷氧基)苯基氨基甲酰基部分或完全修饰,并且详细研究了结构与性质的关系。通过核磁共振氢谱(1H-NMR),核磁共振碳谱(13C-NMR),红外光谱(IR),紫外和可见光谱(UV-Vis),偏光显微镜(POM),差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)对盘状液晶的结构和液晶行为进行了表征。研究发现液晶相的对称性和热稳定性和金刚烷衍生物的结构有很大的关系。对于1-金刚烷羧酸衍生物ADLC1没有观察到液晶相,而对于ADLC2观察到两种不同的液晶相,ADLC2是在两个对称桥头位置用两个3,4,5-三(十二烷氧基)苯基氨基甲酰基官能化的1,3-二取代衍生物。在较低的温度下,ADLC2从矩形柱状相转换成具有热稳定性的方形柱状相。类似地,桥头三取代的金刚烷分子ADLC3观察到六方柱状相。有趣的是,完全桥头官能化的1,3,5,7-四取代金刚烷化合物ADLC4则失去了液晶性。
  庚嗪环是石墨碳氮化物(g-CN)的基本结构和功能单元,并具有半导体的π共轭平面对称性。分子自组装是驱动π-共轭有机分子的电子行为的主要因素之一。为了增强半导电性,庚嗪的活性位点用2,3,5-三(十二烷氧基)苯胺修饰以获得有序的柱状堆叠。发现了一种新型的具有六方柱状形的以庚嗪为中心的室温盘状液晶(HDLC)。通过核磁共振氢谱(1H-NMR),核磁共振碳谱(13C-NMR),红外光谱(IR),偏光显微镜(POM),差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)对HDLC的分子结构和液晶行为进行了表征。通过紫外-可见/荧光光谱和循环伏安法分别研究了HDLC的光物理和电化学性质。室温下,从循环伏安曲线中估算的HDLC能带间隙为1.63eV,比以前报道的庚嗪衍生物带隙窄得多。能带降低可能是因为特殊的HDLC柱状堆叠。作为电荷传输的柱状液晶,具有这种窄能带隙的HDLC可以运用在有机电子学中。
[硕士论文] 孟子程
化学 长春工业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,四硫富瓦烯及其衍生物凭借其独特的电化学性能与光物理性能,吸引了人们的广泛关注,在有机光电材料的各个领域中发挥着重要的作用,被认为是一类很有应用潜力的构筑单元。其中,具有介晶性的四硫富瓦烯衍生物在有机导体材料领域具有重要的研究价值,这是由于其在液晶区间内的宏观排列更加有序,从而使结构缺陷减少。迄今为止,人们已经成功合成出数量庞大的四硫富瓦烯衍生物,然而其中具备介晶性的化合物却非常少见,并且具有介晶性的四硫富瓦烯衍生物的合成难度大,分离复杂,限制了其在材料领域的发展。
  本文设计并成功合成了一系列以四硫富瓦烯为构筑单元的目标化合物4a~e与目标化合物7a~e,并证明其具有液晶性。目标化合物均以四硫富瓦烯作为结构单元,同时也作为分子结构中的刚性部分,我们在其周围引入了不同长度的4'-烷氧基-4-氰基联苯作为柔性链来调整分子中柔性部分与刚性部分的比例,逐渐增加液晶分子的流动性。所有目标化合物的结构均以核磁氢谱、碳谱、红外吸收光谱与质谱来进行表征。
  本文通过热重分析(TGA)来对目标化合物的热稳定性进行研究,测试结果表明目标化合物4a~e与目标化合物7a~e均有很好的热稳定性。通过差示扫描量热法(DSC)与偏光显微镜(POM)的观察相结合来对目标化合物4a~e与目标化合物7a~e的液晶性进行表征,测试结果表明所合成的目标化合物都具有液晶性,并且有较宽的液晶区间,在冷却过程中并没有出现结晶现象,而是相变为玻璃态液晶,随着目标化合物末端柔性链长度的变化,液晶相态也随之发生变化,呈现出了不同的液晶织构,这说明柔性链的长度与化合物的结构影响了液晶分子的排列情况。通过循环伏安法(CV)来对目标产物的氧化还原行为进行研究,我们发现目标化合物4与目标化合物7都具有两个准可逆的单电子氧化峰,可以作为很好的电子给体。以上一系列研究表明,目标化合物4与目标化合物7都具有液晶性,并且液晶行为受柔性链长度的影响,在有机光电材料领域有很大的应用潜力。
[硕士论文] 李勇
应用化学 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用廉价易得的原料氢醌(对苯二酚)和聚合甲醛为原料,通过对原料进行醇羟基的选择性保护、酚羟基的酯化、以及THP基团的脱保护和利用酰氯的酰化等一系列反应,最终合成一系列目标产物侧链聚丙烯酸酯类液晶单体。
  1.以廉价易得的材料氢醌(对苯二酚)和聚合甲醛为原料,PEG(聚乙二醇)作为溶剂的同时也作为催化剂,合成了2.5-二羟基苯甲醇,通过对反应时间以及溶剂种类的探究确定最佳反应条件,简化操作。最高产率达到48.27%。
  2.DHP(2,3-二氢吡喃)与2.5-二羟基苯甲醇结构中的醇羟基利用催化剂反应,形成四氢吡喃醚(THP),对醇羟基起到保护作用,合成液晶中间体2,5-二羟基苯甲四氢呋喃醚,实验通过对不同催化剂如氯化铵、嘧啶盐酸盐、蒙脱土、磷酸铝、对甲苯磺酸、Amberlyst H-15催化剂、对甲苯磺酸吡啶嗡盐等进行尝试,发现对甲苯磺酸毗啶鎓盐效果最好,产物产率达到40.8%。
  3.采用对甲氧基苯甲酸、对乙氧基苯甲酸、对丁氧基苯甲酸和2,5-二羟基苯甲四氢呋喃醚完成酯化,合成相应的目标产物2,5-(2-羰基-2(4-烷氧基-苯基))-苯甲四氢呋喃醚,产率均达到40%以上。
  4.对2,5-(2-羰基-2(4-烷氧基-苯基))-苯甲四氢呋喃醚(烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丁氧基)进行脱保护处理,去掉THP保护基团,方便后续酯化。
  5.将合成的2,5-(2-羰基-2(4-烷氧基-苯基))-苯甲醇(烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丁氧基)与酰氯进行合成反应,生成最终目标产物侧链液晶聚合物单体2,5-(4-烷氧基苯甲酰氧基)苄丙烯酸及肉桂酸酯(烷氧基包括:甲氧基、乙氧基、丁氧基)。
  本实验的创新点在于采用THP基团对醇羟基进行选择性保护,并且利用廉价易得的催化剂五水硫酸铜对THP基团进行脱保护处理,反映条件温和,同时采用不同的酰氯与合成的醇进行反应,得到多种丙烯酸酯类液晶单体。同时可以利用合成的目标分子,变换其分子结构中的末端基或者改变部分骨架结构来探索设计合成一系列新型的酯类液晶,增加液晶分子的种类。
[硕士论文] 韩荣梅
高分子材料工程 南昌航空大学 2017(学位年度)
摘要:侧链型液晶高分子(SCLCPs)是一类研究比较早的功能性材料,其兼具液晶的各向异性和聚合物的综合性能。长期以来,侧链型液晶高分子的设计一般依据的是F-R“柔性去耦合”原理,主链和侧链有一段柔性间隔基,减弱主链对侧链液晶基元排列的干扰。与F-R“柔性去耦合”原理不同,本论文设计合成一系列不同侧链液晶基元和主链的甲壳型聚合物,并进行性能表征。论文主要包括以下四个部分:
  1.文献报道聚[乙烯基对苯二甲酸二(对丁氧基苯)酯](PBPCS)纤维成形的研究,发现PBPCS纤维是一种全新的分子水平温度响应的形状记忆材料。在此基础之上,本论文设计合成一系列不同液晶基元和不同长度柔性端基,基于乙烯基对苯二甲酸结构的甲壳型高分子,即聚乙烯基对苯二甲酸(4’-烷氧基苯/联苯)酯(PnPCS和 PnbiPCS,n=0,1,4,10,16)。聚合物合成过程中对中间体的产率进行优化,单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征,并对此类聚合物的热稳定性和相变行为进行初步探索。研究发现此类聚合物均具有良好的热稳定性,并且其具有较高的玻璃化转变温度。
  2.在聚合物PnPCS和PnbiPCS基础之上,改变侧链液晶基元的对称性以及液晶基元中苯环的数量,以腰接形式直接连接到聚合物主链上,形成以2-乙烯基苯甲酸为刚性核结构无柔性间隔基的侧链型液晶高分子{PVB(Ph/biPh/terPh)-Cn, n=4,10},研究侧链液晶基元的不对称性对单体和聚合物的热稳定性以及相变行为的影响,单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征。从单个苯液晶基元到联苯液晶基元,再到三联苯液晶基元,逐步增强液晶基元的刚性。通过TGA曲线分析表明,所有聚合物都具有良好的热稳定性。聚合物 PVBterPh-C4和PVBterPh-C10的玻璃化转变温度明显高于其他聚合物。
  3.通过分子设计,在溴化亚铜(CuBr)/N,N,N',N,'N''-五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)催化下,成功合成了一系列刚柔嵌段共聚物,刚性链段为 PBPCS、PbiPCS、PVBPh-C4和PVBbiPh-C4等甲壳型聚合物,柔性链段为聚己内酯(PCL)。单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征。通过TGA曲线研究表明,由于加入了柔性链段,使得整个聚合物分子链段的规整性被破坏,减弱了分子间的有序堆积,因而致使热稳定性下降。从DSC曲线分析可知,柔性链段和刚性链段均有熔点和玻璃化转变,这些热转变的存在,说明了四种刚柔嵌段共聚物存在微相分离结构。
  4.通过分子设计,采用Stille偶联反应成功合成了,两种以含有给电子基和吸电子基的三联苯为侧链,聚噻吩为主链的甲壳型共轭液晶高分子P1和P2。单体和聚合物的化学结构通过1H NMR进行表征。通过TGA曲线研究表明,发现甲壳型聚合物P1和P2具有良好的热稳定性,5%热失重温度高达316℃和262℃。两种聚合物的玻璃化转变温度都较低,分别为54℃和16.6℃。甲壳型聚合物P1和P2分子内的推、吸效应有助于提高紫外-可见吸收,其紫外-可见吸收范围为425 nm-650 nm。两种聚合物薄膜紫外的吸收边缘都在654 nm,通过经验公式计算其光学带隙为1.90 eV。因此,甲壳型聚合物P1和P2是一种潜在的聚合物太阳能电池给体材料。
[硕士论文] 易正中
光学 哈尔滨工业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,虚拟现实技术快速发展,以实时全息记录和显示为应用背景的液晶光折变效应再次得到人们的关注。与此同时,近十多年,基于表面等离激元的应用研究取得了重大进展,表面等离激元在微纳光学器件中起到的至关重要的作用引来了众多科研工作者的目光。
  本课题将总结并介绍目前液晶光折变和表面等离激元的研究和应用概况。在充分了解前人的工作基础上,本课题以光导ZnSe作取向层的具有较大的温度适用范围的ZLI-5200-100型Super-twisted向列液晶系统为研究对象,对纯液晶系统、C60-doped系统以及三种浓度(0.01 wt.%,0.1 wt.%和0.5 wt.%)下的dye-doped系统的光折变性能进行了横向对比,并在C60-doped系统中得到了响应时间小于10 ms的同时,衍射效率达到20.7%的优良光折变性能的实验结果。此外,在研究C60-doped液晶系统时,我们发现了明显的表面等离激元的作用现象—单束写入光对探测光的衍射效率的增强效应,此效应成为系统中LC/ZnSe界面处表面等离激元被激发的有力佐证。通过计算LC/ZnSe交界面处改性层的电荷积累情况,我们说明了系统满足用561 nm波长的激光激发表面等离激元的条件。以表面等离激元模型为基础,我们对各个掺杂系统的衍射效率随外加电场的变化曲线以及各系统之间的差异有了更好的解释。
  在课题的最后,我们还针对液晶系统与金属/介质界面的不同点,对LC/ZnSe界面处表面等离激元波方程进行了理论推导,并对方程进行了求解。本课题的研究成果将为利用不同材料和浓度的掺杂来改善液晶系统的光折变性能提供思路,并为低耗能的表面等离激元的激发和应用提供一种利用向列液晶实现的新型结构。
[硕士论文] 沈鹏
材料科学与工程 苏州大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,富勒烯超分子液晶吸引了众多科学家的研究兴趣。目前对于富勒烯超分子液晶的研究主要集中于其设计、合成以及结构表征中,对于其结构和性能之间关系的研究还不深入。本文研究了三类高富勒烯含量的超分子液晶的光电性能,其中的富勒烯液晶分别是由二维晶体自组装形成超分子液晶的 Cn-C8-C60系列(n=6,7,8,10,12,14,n为末端烷基链的碳链长度)和含偶氮苯基团的Cn-azo-C8-C60系列(n=4,7,8,9,12,n为偶氮苯上烷氧取代基的碳链长度),含手性中心的由超分子柱六方排列形成的C12-a-n-C60系列(n=6,8,10,12,n为中间柔性间隔基长度)超分子液晶。
  本研究主要内容包括:⑴通过SAXS,TEM和密度测试,研究了具有两种不同液晶态的Cn-C8-C60(n=6,8)化合物的液晶态结构。发现当n=6时,样品具有两个近晶A液晶相,其中C60富勒烯球在高温相中进行四层堆积形成二维晶体片层,在低温相中为三层堆积。当n=8时,高温相样品处于近晶A相,C60富勒烯球进行四层堆积形成二维晶体片层,低温相为近晶C相, C60富勒烯球进行三层堆积形成二维晶体片层。⑵通过空间电荷限制电流法测试计算了Cn-C8-C60(n=6,7,8,10,12,14)系列材料的电子迁移率,发现随着末端烷基链长的增加,其电子迁移率出现数量级上的下降,当n=6时,其电子迁移率可以达到1.92×10-3 cm2/V·s,与传统的有机光电材料PCBM相媲美。其原因是由于随着末端烷基链的增长,液晶中不导电的烷基层的厚度不断增加,导致其对电子的阻碍作用不断增加,因此表现出极大的电子迁移率衰竭。此外,当n=7时,由于该化合物具有层内有层的独特形貌,出现了最高电子迁移率3.95×10-3 cm2/V·s。⑶通过空间电荷限制电流法测试计算了Cn-azo-C8-C60(n=4,7,8,9,12)系列材料的电子迁移率,发现随着末端烷氧基链长的增加,其电子迁移率略有减少。当末端烷基链长度相等时,其迁移率大于Cn-C8-C60系列材料(除n=7)。这是由于烷基链层中存在共轭的偶氮苯基团,可以作为电子的传输通道,从而使得材料的电子迁移率随烷基链长度的变化较小。⑷通过空间电荷限制电流法测试计算了C12-a-n-C60(n=6,8,10,12)系列材料的电子迁移率,发现随着中间柔性间隔基链长的增加,电子迁移率呈现略有下降的趋势。与具有相同烷基尾链长度的 C12-C8-C60和 C12-azo-C8-C60相比,其电子迁移率远大于 C12-C8-C60液晶,与 C12-azo-C8-C60类似,这是由于手性中心的存在,导致C12-a-n-C60系列分子形成具有六方柱状相结构的的超分子液晶。⑸基于传统的P3HT/富勒烯衍生物有机太阳能电池制备了P3HT/C7-C8-C60有机太阳能电池器件,通过相同条件下控制给受体比例,发现随着受体比例的增加,其器件性能变化趋势为先上升后下降。其中,在1:2比例条件下,器件可获得最优性能,PCE最高可达到1.85%。
[硕士论文] 白向阳
化学;有机化学 安徽大学 2017(学位年度)
摘要:荧光液晶材料是指在化合物液晶相区间内仍然具有优异发光性能的液晶材料,其显著特点是在浓缩态下具有高荧光和高量子产率。该特性就要求材料本身必须克服聚集诱导猝灭(ACQ)效应,即保持材料在聚集状态下的高荧光,旨在通过应用其自身发光的特性,实现液晶显示器件的高效节能。在这些液晶材料中,氰基二苯乙烯类化合物因其典型的聚集诱导发光性质、高浓度时依旧保持强荧光等特性,受到广泛的关注。本论文在充分调研国内外发光液晶材料研究工作的基础上,将具有优良液晶性能的席夫碱结构单元引入到发光性能优异的α-氰基二苯乙烯结构中,通过改变两端柔性链的长度,调节其分子长径比,设计、合成一系列液晶性能优异的α-氰基二苯乙烯衍生物,并通过引入缺电子的硼原子,对席夫碱结构进行修饰,合成一系列高荧光α-氰基二苯乙烯有机硼化合物。目标化合物的光物理性质通过紫外吸收光谱、荧光发射光谱等进行研究;其液晶性质和发光各向异性等性质,通过热重测试(TGA)、差示量热扫描测试(DSC)和偏光显微镜(POM)测试等进行研究。主要研究内容如下:
  1、本论文设计、合成了一系列α-氰基二苯乙烯席夫碱类化合物,并进一步制备了有机硼化合物。我们利用FT-IR、1H-NMR、13C-NMR表征手段,对合成的目标化合物进行了结构表征。
  2、α-氰基二苯乙烯席夫碱类化合物的光物理性质,利用紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱进行研究;液晶性质和发光各向异性等性质,利用热重测试、差示量热扫描测试和偏光显微镜测试等来进行研究。研究结果表明:席夫碱类化合物都具有高热稳定、宽液晶相区间,多液晶相态等特点,其液晶相区间随柔性链长度发生规律性变化:先增大后减小,且相变点逐渐降低,向室温液晶靠近。部分席夫碱化合物具有固态高荧光、膜样品偏振发光等特点。
  3、α-氰基二苯乙烯有机硼化合物的光物理性质研究表明:目标化合物具有高摩尔吸收系数、强的溶液和固态发光、高量子产率等特点。热重测试(TGA)、差示量热扫描测试(DSC)和偏光显微镜(POM)测试研究表明:此类有机硼化合物具有优秀的热稳定性、稳定的液晶相区间,强的荧光和高荧光量子产率等特点;大部分目标化合物都具有明显的指纹态自组装过程,且其电场响应性质优异。
[硕士论文] 李鑫
化学 浙江理工大学 2017(学位年度)
摘要:盘状液晶分子因为柔性侧链和平面对称结构的刚性核共同作用而展现出液晶性能。但是柔性侧链过多或过长、刚性中心核不规则、乃至分子是多聚体或高分子等原因都影响了盘状液晶分子的自组装性能。通过掺杂其他分子进行诱导可以改善分子的自组装性能,例如通过掺杂富电子的2,4,7-三硝基芴酮(TNF)与盘状液晶形成电荷转移复合物就是一种常见的方法。以往在研究烷氧基苯并菲(HAT)与TNF复合的工作中,关于两者的作用模式存在争议。Boden等人认为TNF是以ABABAB型掺杂在HAT分子之间的;而Mulder等人则认为TNF只是分布在由HAT分子堆叠的柱状组装体之间。
  本研究主要内容包括:⑴HAT5是典型的盘状液晶分子,可自组装成六方柱状相。通过添加TNF分子形成电子给体-受体复合物后,HAT5液晶相温度区间由原来的70℃-115℃扩宽到0℃-250℃,极大改善了其液晶的稳定性。X-小角散射实验发现,随着TNF掺杂浓度的增加,HAT5组装结构中的六方晶胞参数在减小,而两个柱状组装体之间的距离仍然是一个定值(0.34 nm)。这表明TNF分子并不是分布在HAT5堆叠的柱状组装体之间的位置,而是通过电荷转移作用位于两个HAT5分子之间,形成了ABABAB...型结构。显微镜测试结果也佐证了这一点,并得出二者的最佳复合比是2∶3(HAT5∶ TNF),当二者比例达到1∶1时,TNF达到饱和状态。⑵设计合成了两种新型苯并菲四聚体衍生物,分别是以柱[5]芳烃为中心体的苯并菲四聚体(4HAT-P5A)和以四苯乙烯为中心体的苯并菲四聚体(4HAT5-TPE)。通过核磁共振和可见-紫外光谱测试表明,两种苯并菲四聚体分别与TNF分子形成了电子给体-受体络合物。通过核磁滴定研究了主客体之间的络合比和络合常数,发现溶液中两种络合物主客体的络合比均为1∶2,络合常数4HTA-P5A与TNF的Ka=0.215×104M-1,4HTA-TPE与TNF的K=8.807×104 M-1。进一步我们研究了两种苯并菲四聚体的液晶性质以及TNF掺杂后的诱导作用。结果发现,单独的苯并菲四聚体4HTA-P5A或4HTA-TPE均不能形成液晶态;在加入TNF诱导后,4HTA-P5A仍然没有液晶性质,而4HTA-TPE则表现出液晶性质,从常温到107℃出现柱状相液晶态。通过4HTA-TPE和TNF的二组分相图,得出了固态下二个化合物最佳的复合比例为1∶3,这与HAT5和TNF最佳复合比是2∶3是吻合的。这些研究工作扩展了苯并菲低聚物的研究领域,并有助于更深入了解电荷转移复合物的液晶行为,便于更好的设计和制备性能优良的液晶材料。
[硕士论文] 张金荻
环境科学 黑龙江大学 2017(学位年度)
摘要:液晶弹性体在特定波长光或者加热条件下可以完成诸如伸缩、弯曲、爬行、转动等运动,并且可以制作成多种柔性智能器件,在人工肌肉、微型机械等领域有着广泛的应用。液晶弹性体在环境监测微泵中的应用少见报道,传统光致动液晶弹性体一般采用紫外光和红外光致动,我们制备了掺杂银纳米粒子的液晶弹性体膜,利用银纳米粒子的表面等离子共振效应(SPR),吸收可见光范围内特定波长的光,从而能够有效利用太阳能节约能源,将光能转化成热能,热能再转化成机械能,实现可见光致动的液晶弹性体,利用掺杂银纳米粒子的液晶弹性体设计了应用在环境监测领域的微泵。
  首先,合成了液晶单元2,5-双(甲酰氧基-4-丁氧基苯)(MBB)和交联剂1,4对十一烯烃氧基苯(11UB),采用核磁共振氢谱(1H-NMR)对合成的液晶单元的化学结构进行分析。为了降低LCE膜的热收缩温度,采用两步交联法制备了以MBB为主要介晶单元和少量短链分子4-甲氧基-1-丁烯氧基苯(MOCH3)的液晶弹性体膜(MOCH3-LCE膜),通过偏光显微镜(POM)来观察MOCH3-LCE膜的取向,在偏振角每变化90°后MOCH3-LCE膜有周期性明暗变化,说明制备的MOCH3-LCE膜具有明显的向列相结构;示差扫描量热法(DSC)分析制备的MOCH3-LCE膜的相变温度,MOCH3-LCE膜的相变温度从78℃降低到54℃;热致动分析试验表明MOCH3-LCE膜在55℃达到最大收缩,掺杂一定比例的短链分子MOCH3使液晶弹性体更容易被低温致动。
  为了实现MOCH3-LCE膜的可见光致动,采用浸泡法将银纳米颗粒掺杂到MOCH3-LCE膜中,分别制备质量比0.04%、0.10%和0.20%银纳米粒子MOCH3-LCE膜(Ag/MOCH3-LCE膜)。用紫外可见光光谱(U-Vis)分析银纳米粒子在不同介质环境下吸收光谱和分布性状,制备的Ag/MOCH3-LCE膜的吸收峰在430nm左右。电子扫描电镜(SEM)和电子透射电镜(TEM)观察到银纳米粒子的粒径在20nm左右,银纳米粒子均匀分布在Ag/MOCH3-LCE膜上,没有发生团聚现象。通过微机控制电子万能试验机测试了Ag/MOCH3-LCE膜的力学性能,Ag/MOCH3-LCE膜在15万lux光强下50秒能够达到最大收缩,收缩率为29%,其中掺杂0.04%质量比的Ag/MOCH3-LCE膜在30℃和60℃承受的最大拉力分别提高了23%和50%。以上结果表明,在可见光下Ag/MOCH3-LCE膜表现出突出的表面等离子共振效应,有较好的单向收缩效果,Ag/MOCH3-LCE膜力学性能有了很大的提高。
  最后,根据制备的Ag/MOCH3-LCE膜,提出一种应用于环境监测微泵的设计思路,将制备的Ag/MOCH3-LCE膜作为微泵中泵膜,在可见光致动下膜收缩,在泵缸内能形成负压,提供运输液体的动力,未来Ag/MOCH3-LCE膜应用在环境监测领域的微泵具有很好的前景。
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