聚硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的研究進展

武曉娟， 車春城， 王 建， 柳 峰， 于洪俊

(北京京東方光電科技有限公司，北京100176)

1 引 言

液晶高分子是在一定條件下能以液晶相存在的高分子，它們往往由小分子液晶基元鍵合而成，是一類具有極大研究與應(yīng)用潛力的新型材料，在光信息儲存、非線性光學(xué)、圖像顯示、色譜、電流變等領(lǐng)域具有很重要的適用價值。目前，液晶高分子已成為高分子學(xué)科的重要領(lǐng)域，并交叉滲透于高分子材料學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)學(xué)科當(dāng)中[1-14]。側(cè)鏈型液晶聚合物指形成液晶相的剛性結(jié)構(gòu)單元通過交聯(lián)聚合等反應(yīng)接枝到主鏈上形成的高分子。側(cè)鏈液晶聚合物由于具有液晶和彈性體的雙重性能(即有序性、流動性和彈性)，表現(xiàn)出良好的光學(xué)性能、機械性能和電性能等[15-60]。其聚合物骨架通常為聚(甲基)丙烯酸酯、聚硅氧烷和其他類型的主鏈，如芳香族聚苯酯類等。其中，聚硅氧烷由于其良好的熱穩(wěn)定性和較高的鏈柔順性，成為制備側(cè)鏈液晶聚合物理想的骨架材料[22-27, 32-35, 42-51]。

本文總結(jié)了硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物在寬波反射、柔性光響應(yīng)器件、柔性應(yīng)力響應(yīng)器件、電響應(yīng)器件和柔性涂料等領(lǐng)域取得的研究進展，并對硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物未來需解決的問題及發(fā)展趨勢做了一定的展望。

2 聚硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物

2.1 PSLCPs在寬波反射領(lǐng)域的應(yīng)用

膽甾相硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物既保持了膽甾相液晶的性質(zhì)，又具有聚合物的可加工等特性，在寬波反射方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[61-76]。

法國CEMS研究中心的Mitov M等人[61-66]合成了手性和非手性液晶基元接枝比例不同的硅氧烷側(cè)鏈液晶低聚物，并系統(tǒng)研究了這些材料在寬波反射方面的應(yīng)用。將具有不同螺距的反射紅光、藍(lán)光的膽甾相側(cè)鏈液晶聚合物薄膜疊加在一起，通過熱處理使分子間發(fā)生熱擴散，然后速冷到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下來固定膽甾相液晶螺距的梯度分布，獲得具有寬波反射特性的膽甾相液晶復(fù)合薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，合適的熱處理溫度和時間對膽甾相液晶復(fù)合薄膜的反射波寬具有重要影響，長時間的熱處理或者較高的熱處理溫度將使分子擴散均勻，得到均一的螺距分布，使反射波寬變窄。圖1(a)是實驗中環(huán)硅氧烷材料結(jié)構(gòu)式，(b)為熱處理制備寬波反射薄膜的工藝流程圖。

Mitov M等人[67]將具有手性翻轉(zhuǎn)性質(zhì)的手性化合物、膽甾相環(huán)硅氧烷低聚物和少量紫外可聚合單體混合，在高于翻轉(zhuǎn)溫度的某一溫度進行紫外聚合，穩(wěn)定某一旋向的液晶排列，然后將樣品緩慢降至翻轉(zhuǎn)溫度以下，得到室溫反射率超過50%的全反射膽甾相液晶薄膜。圖2(a)是全反射薄膜的制備流程示意圖；(b)為實驗所用材料的結(jié)構(gòu)式；(c)顯示在臨界溫度Tc處，樣品的中心反射波長無窮大，呈現(xiàn)向列相，說明在此溫度發(fā)生了手性翻轉(zhuǎn)，低于溫度Tc樣品為左旋，高于溫度Tc樣品為右旋；(d)為膽甾相液晶薄膜在不同溫度下的透過率光譜圖，在74 ℃，其透過率超過了50%。

圖1 (a)環(huán)硅氧烷聚合物結(jié)構(gòu)式；(b)熱處理制備寬波反射薄膜工藝流程圖；(c)聚合物薄膜透過率光譜圖[61-66]。Fig.1 (a)Chemical structures of glassy siloxanecyclic side-chain oligomers; (b) Schematic processes of wide-band reflection film by heat treatment; (c) Transmission spectra of polymeric film[61-66].

美國Reveo公司的Fan B等人研究了小分子向列相液晶在交聯(lián)的膽甾相聚硅氧烷液晶聚合物中的溶脹行為[69]，進一步研究發(fā)現(xiàn)，相分離和原位溶脹是形成螺距非均勻分布結(jié)構(gòu)的重要機制[70-71]。離紫外光源近的高強度區(qū)域中可聚合的膽甾相液晶高分子聚合速度更快，形成的高濃度高分子網(wǎng)絡(luò)可容納更多的小分子向列相液晶，因此螺距也更大。同時研究表明，表面錨定效應(yīng)對薄膜的反射波寬沒有影響，但能通過克服聚合物網(wǎng)絡(luò)的張力使薄膜具有較高的反射率。

Yang H等人合成了具有不同接枝比例的膽甾相聚硅氧烷高分子，將具有不同螺距的膽甾相聚硅氧烷液晶聚合物按照粉末法[72]或疊加法[73]復(fù)合，加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度滾壓取向，通過速冷到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的手段和高分子網(wǎng)絡(luò)的錨定作用，制備了具有螺距非均勻分布或螺距梯度分布的膽甾相液晶聚合物薄膜，選擇性反射可見光。圖3(a)和(b)分別為粉末混合法和疊加法的制備過程和薄膜的斷面SEM照片。

圖2 (a)全反射薄膜制備流程示意圖；(b)實驗所用材料結(jié)構(gòu)式；(c)膽甾相液晶體系中心反射波長隨溫度的變化；(d)樣品透過率光譜圖[67]。Fig.2 (a) Schematic processes of total reflection film; (b) Chemical structures of the materials used; (c) Temperature dependence of the center reflected wavelength; (d) Transmission spectra of the samples[67].

圖3 薄膜制備過程及斷面SEM圖片。(a)粉末混合法；(b)疊加法[72-73]。Fig.3 Preparation process and fractured surfaces photographs of the film. (a) Powder mixing method; (b) Lamination method[72-73].

Yang H等人[74-75]將膽固醇液晶基元通過聯(lián)萘二酚手性交聯(lián)劑接枝到硅氧烷主鏈上，合成了一系列硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物，研究了交聯(lián)劑和液晶基元結(jié)構(gòu)、比例等對硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物相態(tài)及相轉(zhuǎn)變行為、螺旋扭曲行為、選擇性反射等性能的影響規(guī)律，并通過聚合物穩(wěn)定方法在單層膜中制備了可反射可見光或紅外光區(qū)域的寬波反射液晶薄膜。研究表明，硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的相行為和螺旋扭曲行為受間隔基長度的影響較大。通過調(diào)節(jié)間隔基的長度，可以分別利用間隔基長度較短和較長的硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物，制備可反射可見光區(qū)域和紅外光區(qū)域入射圓偏振光的寬波反射液晶薄膜。圖4(a)為硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為利用不同間隔基長度的硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物制備的可以分別反射可見光和紅外光的薄膜的透過率光譜圖，(c)是對應(yīng)(b)中可以反射可見光的薄膜的斷面SEM照片。

圖4 (a)硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)薄膜聚合前后透過率光譜圖；(c)聚合后的斷面SEM圖片[75]。Fig.4 (a) Schematic representation of the polysiloxane liquid crystalline polymers; (b) Transmission spectra of films before and after UV curing; (c) SEM photographs of the fractured surfaces of the film[75].

2.2 PSLCPs在軟執(zhí)行器領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來，光引導(dǎo)機器人軟執(zhí)行器受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注和快速發(fā)展，越來越多的研究者開始研究具有光響應(yīng)、可精確控制軟執(zhí)行器運動方向和形狀變形的材料。硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物由于可以將小分子的光學(xué)特性放大到高分子中，同時又具有彈性和穩(wěn)定性等特點，在軟執(zhí)行器領(lǐng)域得到了廣泛的研究[77-82]。

偶氮基團具有較好的外界刺激構(gòu)型變化，將其接枝到硅氧烷主鏈上，可以將此性質(zhì)放大到固態(tài)物質(zhì)，從而可以應(yīng)用于軟執(zhí)行器。如何在變形后快速地恢復(fù)原狀是光響應(yīng)硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的一大挑戰(zhàn)。對偶氮染料進行合適的化學(xué)取代可以調(diào)節(jié)光致執(zhí)行器的響應(yīng)時間。Valasco D等人[77]利用對取代偶氮酚在乙醇中快速的熱順反異構(gòu)化速率，將其作為側(cè)鏈接枝到聚硅氧烷主鏈上，得到側(cè)鏈液晶聚合物。光力學(xué)實驗證明，含偶氮酚的硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物是在室溫下弛豫時間為1 s的可應(yīng)用于光控制動器的側(cè)鏈液晶聚合物材料。另外，通過相互接近的偶氮酚單體之間的氫鍵作用，使偶氮酚在質(zhì)子和非質(zhì)子溶劑中都具有快速異構(gòu)化速率。

因為側(cè)鏈液晶聚合物一般是不溶和不可注射的，形狀修復(fù)是一個常見的挑戰(zhàn)。開發(fā)具有記憶效應(yīng)的側(cè)鏈液晶聚合物是很好的一個方式。Ikeda T等人[78]開發(fā)了具有動態(tài)共價鍵和偶氮苯結(jié)構(gòu)的主鏈為硅氧烷的液晶聚合物(LCE-1)，其中的動態(tài)共價鍵使得材料即使在聚合物網(wǎng)絡(luò)形成后，仍然可以進行介晶單元的重排和重塑。充分利用LCE-1可重排網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，對各種結(jié)構(gòu)的樣品進行了預(yù)處理，在120 ℃應(yīng)變下，將平面單軸向的LCE-1薄膜制作成螺旋狀和螺旋帶等復(fù)雜形狀。LCE-1薄膜的新形狀可以通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重排而被記憶。在紫外光照射下，螺旋體從不同的方向向光源彎曲，而平面膜只能向兩個方向彎曲。在紫外光和可見光照射下，螺旋帶表現(xiàn)出纏繞和展開運動，如圖5所示。此外，根據(jù)不同的初始形狀，樣品可以被重塑為多樣的具有不同運動的3D結(jié)構(gòu)。研究證明，控制初始宏觀形狀是提高光移動聚合物的功能和性能以及控制介晶單元排列的有效方法。

圖5 (a)具有動態(tài)共價鍵結(jié)構(gòu)的LCE的化學(xué)結(jié)構(gòu)；(b)室溫下在UV和可見光照射下螺旋帶的光致變形[78]。Fig.5 (a) Chemical structure of LCE with dynamic covalent bonds; (b) Photoinduced deformation of the spiral ribbon upon irradiation with UV (365 nm, 97 mW·cm-2) and visible light (>540 nm, 60 mW·cm-2) at room temperature[78].

側(cè)鏈液晶聚合物用于光致軟執(zhí)行器，除了需要具有形狀變形功能，如何實現(xiàn)運動方向的控制也是一大研究課題。Yang H等人[79]報道了一種利用硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物和不同波長光響應(yīng)的染料混合，制作不僅能進行多向運動，而且能實現(xiàn)不同形狀變形模式的建立多刺激響應(yīng)液晶聚合物軟執(zhí)行器系統(tǒng)的方法。該方法是通過3個波長波段(520，808，980 nm)的光刺激調(diào)制，對分層結(jié)構(gòu)執(zhí)行器的特定域進行選擇性刺激，使驅(qū)動系統(tǒng)從光掃描位置/方向限制中釋放出來。文中將多個獨立和不干涉的光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)集成在分層結(jié)構(gòu)的聚硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物材料中，將在材料矩陣內(nèi)產(chǎn)生梯度應(yīng)力，并在不同波長光的光刺激下引起宏觀致動器的不對稱形狀變形。進而制備了3種近紅外雙波長調(diào)制執(zhí)行器和一臺可見/紅外三波長調(diào)制多向行走機器人。如圖6所示為薄膜的制備材料及流程，及近紅外雙波長可調(diào)形狀變形器。這些設(shè)備在機器人和仿生技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖6 (a)側(cè)鏈液晶彈性體的化學(xué)組成；(b)可響應(yīng)薄膜的制備流程示意圖；TLCE薄膜的近紅外雙波長可調(diào)形狀變形示意圖(c)和實物照片(d)[79]。Fig.6 (a) Chemical components used in this LCE system; (b) Schematic illustration of the preparation procedures of NIR wavelength-selective responsive LCE films; Schematic illustration (c) and the real image records (d) of NIR dual-wavelength-selective shape deformations of a TLCE film[79].

雖然前述報道的一些材料可以通過將樣品沿不同方向裁剪成不同的帶來實現(xiàn)彎曲或手性扭曲，但每個帶只能執(zhí)行一種變形模式。在自然界中，植物卷須在陽光、濕度、潤濕或其他大氣條件的刺激下，可以產(chǎn)生兩種基本的運動模式，彎曲和手性扭曲(螺旋卷曲)。軟執(zhí)行材料開發(fā)中一個挑戰(zhàn)性的任務(wù)是如何賦予單獨的植物卷須模擬材料以兩種不同的、完全可調(diào)諧和可逆的運動模式(彎曲和手性扭曲)。Wang M等人[80]展示了一種雙層、雙組成的聚硅氧烷基液晶軟執(zhí)行器策略來合成一種植物卷須模擬材料，它能夠通過調(diào)節(jié)光刺激的波長波段(紫外與近紅外)進行兩種不同的三維可逆轉(zhuǎn)換(彎曲與手性扭曲)。如圖7所示，此種材料的頂層為結(jié)合了偶氮苯發(fā)色團和近紅外吸收染料的單軸硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物。由于偶氮苯的順反異構(gòu)化效應(yīng)和光熱加熱效應(yīng)，其在UV光照下可發(fā)生彎曲形變，而在近紅外光照下可發(fā)生收縮形變。而底層材料只含有近紅外染料，沒有偶氮苯基團，因此只能對近紅外刺激做出反應(yīng)，使整個材料螺旋扭曲。這種雙層材料在UV光下可發(fā)生彎曲，而在近紅外照射下可呈現(xiàn)螺旋扭曲，并且完全可逆。該材料在仿生控制裝置中具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖7 (a)制備LCE的化學(xué)結(jié)構(gòu)式；(b)制備可UV和近紅外光響應(yīng)的雙層LCE薄膜的步驟示意圖；此雙層LCE膜在365 nm UV光照射(c)和808 nm NIR光照射下的響應(yīng)圖[80]。Fig.7 (a) Chemical compositions used to frabricate the LCE; (b) Schematic illustration of the preparation of a UV and NIR photoresponsive bilayer LCE ribbion; The bilayer LCE ribbon with a-45° angle between the top and bottom layer was irradiated under 365 nm ultraviolet light (c) and an 808 nm near-infrared light (d)[80].

2.3 PSLCPs在柔性涂料領(lǐng)域的應(yīng)用

圖8 設(shè)計的Si-CSM的結(jié)構(gòu)圖及其在先進柔性光學(xué)涂料中的應(yīng)用[83]Fig.8 Schematic illustration of the programmed Si-SCM and its application in advanced flexible optical paint[83]

有機染料和發(fā)光劑的光異構(gòu)化是改變其顏色和發(fā)光的一種有效而獨特的方法。Kim D Y等人[83]通過聚甲基氫硅氧烷的硅氫化基與乙烯基功能化發(fā)光氰二苯乙烯側(cè)鏈之間的氫硅基化反應(yīng)，合成了一種應(yīng)用于先進柔性光學(xué)涂料的自交聯(lián)側(cè)鏈液晶聚硅氧烷(Si-CSM)。氰基二苯乙烯結(jié)構(gòu)的光異構(gòu)化被轉(zhuǎn)移并放大到Si-CSM的相變中，引起Si-CSM薄膜宏觀光學(xué)性質(zhì)的變化。Si-CSM聚合物骨架中Si-H基團之間的自交聯(lián)反應(yīng)，使得自交聯(lián)Si-CSM薄膜具有非常好的彈性、熱和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，自交聯(lián)Si-CSM薄膜在一定條件下(相對惡劣的條件下)會發(fā)生拉伸和彎曲變形。由于側(cè)鏈中氰基二苯乙烯的聚集誘導(dǎo)發(fā)射特性，Si-CSM薄膜在462 nm處表現(xiàn)出較強的發(fā)射效果。由于Si-CSM的柔性主鏈?zhǔn)蛊湓?～120 ℃的大溫度范圍內(nèi)形成低有序的SmA相，因此Si-CSM即使在室溫下也很容易被光異構(gòu)化和定向。由于氰基二苯乙烯結(jié)構(gòu)的光異構(gòu)化，紫外照射下的Si-CSM薄膜在441 nm處表現(xiàn)出強烈的透射率和藍(lán)移發(fā)射。此外，單軸向和自交聯(lián)的Si-CSM薄膜產(chǎn)生了線性偏振光發(fā)射。在涂覆Si-CSM涂層及光罩照射UV光后，通過自發(fā)的自交聯(lián)反應(yīng)制備了偏振依賴和可光圖形化的秘密涂層。這種新型開發(fā)的柔性光學(xué)Si-CSM涂層可被應(yīng)用在下一代光學(xué)涂料中。圖8為Si-CSM的結(jié)構(gòu)式及柔性涂料的制作流程，以及制作的帶有圖案的柔性涂料，圖中可以看出在日光或UV光照下，房頂模型將呈現(xiàn)不同的圖案。

Yang H等人[84]基于硅氫加成反應(yīng)設(shè)計和合成了側(cè)鏈含有向列型單體4-烯丙氧基苯甲酸4-甲氧基苯酚酯和手性單體(S)-4’-(2-甲基丁基)-4-聯(lián)苯甲酸對烯丙氧基苯酚酯的線性聚硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物，此聚合物在整個液晶溫域范圍內(nèi)呈現(xiàn)膽甾相并具有溫敏變色效應(yīng)。利用量子點材料與丙烯酸酯類可聚合單體構(gòu)建帶有特殊圖案的高分子光致發(fā)光層，然后與溫敏性膽甾相側(cè)鏈液晶聚合物復(fù)合薄膜疊加實現(xiàn)了三線防偽效果，如圖9所示。

圖9 圖案化的防偽復(fù)合薄膜在不同溫度下的實物照片[84]Fig.9 Photographs of patterned anti-counterfeiting composite films at different temperatures[84]

2.4 PSLCPs的應(yīng)力響應(yīng)

硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物除了具有較好的光響應(yīng)外，還具有較好的應(yīng)力響應(yīng)效應(yīng)，使其在機械可調(diào)激光器等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

Finkelmann H等人[85-86]通過聚甲基氫硅氧烷和非手性向列相液晶性單體、手性固醇類單體及交聯(lián)劑的硅氫加成反應(yīng)合成了硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物，所用材料化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖10(a)所示。然后利用各向異性溶脹方法，使已合成的硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物進一步交聯(lián)，得到完全扁平的鏈構(gòu)象，制備了高有序的宏觀膽甾相液晶聚合物。通過垂直于膽甾相螺旋軸的雙軸拉伸實驗，表明這種材料的機械形變可以引起膽甾相螺距的變化，如圖10(b)所示，在白光照射下，隨著機械應(yīng)變的增加，樣品的顏色由紅變黃，最后變藍(lán)。通過激光實驗得出這種膽甾相硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物可以用作機械可調(diào)激光器系統(tǒng)。圖10(c)和(d)分別為實驗所用的激光染料分子式和激光實驗裝置示意圖。

圖10 (a)合成硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物所用的材料結(jié)構(gòu)式；(b)膽甾相硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的雙軸拉伸實驗；(c)激光染料分子式；(d)激光實驗裝置示意圖[85-86]。Fig.10 (a) Chemical structures of materials used for the synthesis of siloxane side-chain liquid crystal polymers; (b) Biaxial tensile experiment of the cholesteric siloxane side-chain liquid crystal polymer; (c) Chemical structure of the laser dye; (d) Schematic diagram of the laser experiment device[85-86].

近晶A相液晶單晶聚合物是指將聚合物網(wǎng)絡(luò)的橡膠彈性與共價附著在網(wǎng)絡(luò)上的一維位置長程有序的介晶基團相結(jié)合的材料。在目前為止研究的體系中，網(wǎng)絡(luò)的機械變形通常會導(dǎo)致層狀結(jié)構(gòu)的顯著重定向過程。但Komp等人[87]提出了一種新型的含全氟介晶結(jié)構(gòu)的近晶A相液晶單晶聚合物。對于這種材料，雖然機械變形導(dǎo)致的宏觀性能似乎具有各向異性，但微觀液晶單疇相結(jié)構(gòu)在平行和垂直于指向矢的變形上保持不變，即平行和垂直于層法線的變形并不會改變有序參數(shù)和層相關(guān)長度的宏觀有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。實驗表明，無論是層的壓縮模量B，還是沿層的模量，都不能決定樣品對拉伸的反應(yīng)，如圖11所示。

圖11 (a)合成SA-LSCE使用的材料化學(xué)結(jié)構(gòu)式；未施加平行于指向矢的應(yīng)力(b)和施加平行于指向矢的應(yīng)力(c)的SA-LSCE的實物照片[87]。Fig.11 (a) Chemical structure of the components used for the synthesis of the elastomer; (b) Photographs of the smectic-A liquid crystal elastomer taken without (b) and with (c) the strain parallel to the director.

2.5 PSLCPs的電場響應(yīng)研究

德國的Zentel R等人[25-26]合成了兩種不同的液晶性彈性體，然后將單體以梳子狀的形式接枝到硅氧烷主鏈上得到側(cè)鏈液晶聚合物，其結(jié)構(gòu)式如圖11(a)所示。在此聚合物呈現(xiàn)近晶相的同時進行交聯(lián)，得到了一種鐵電硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物。由這種聚合物制成的超薄膜(小于100 nm)在1.5 MV·m-1的電壓下呈現(xiàn)4%的收縮率，說明合作材料具有超大的電致壓縮性。圖12(b)為近晶相薄膜制作及電學(xué)測試示意圖；圖12(c)、(d)和(e)分別為鐵電硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的近晶相電致效應(yīng)示意圖、光學(xué)測試裝置圖及傾斜和非傾斜狀態(tài)下的光軸示意圖。

圖12 (a)硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物結(jié)構(gòu)式；(b)近晶相薄膜制作及電學(xué)測試示意圖；(c)近晶相電致效應(yīng)示意圖；(d)光學(xué)測試裝置圖；(e)傾斜和非傾斜狀態(tài)下的光軸示意圖[25-26]。Fig.12 (a) Chemical structure of the siloxane side-chain liquid crystal polymers; (b) Fabrication and electrical test of the smectic film; (c) Schematic representation of electrogenic effect; (d) Schematic representation of the optical test device; (e) Schematic representation of the optical axis in the inclined and non-inclined states[25-26].

3 總結(jié)與展望

基于硅氧烷主鏈的側(cè)鏈液晶聚合物近些年來吸引了科研人員的廣泛關(guān)注，相關(guān)的研究也越來越深入。本文簡單介紹了硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物在寬波反射、軟執(zhí)行器、柔性涂料領(lǐng)域的應(yīng)用，及其在電場和應(yīng)力下的響應(yīng)。研究中可以將液晶性單體和手性交聯(lián)劑或手性基元接枝到硅氧烷主鏈上得到膽甾相硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物，并通過調(diào)節(jié)各基元的接枝比例和接枝結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)膽甾相硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的螺旋扭曲行為、相行為和選擇性反射特性，從而可制備寬波反射液晶薄膜。研究中也將具有光或熱響應(yīng)的偶氮基元結(jié)構(gòu)接枝到硅氧烷主鏈上，從而制備了形狀、運動方向等可調(diào)的硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物材料，從而使其在軟執(zhí)行器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。同時硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物的電致壓縮或應(yīng)力響應(yīng)特性，進一步拓寬了其在機械可調(diào)激光器等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。雖然研究者已經(jīng)進行了大量的研究，但硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物實際應(yīng)用中的信賴性、多次重復(fù)可逆性等性能研究有待進一步加強;同時如何避免或監(jiān)控聚硅氧烷液晶聚合物在日光或正常使用條件下的光響應(yīng)也是其在光響應(yīng)材料方面應(yīng)用的一大挑戰(zhàn)；當(dāng)用作柔性涂料或防偽材料時，如何得到涂覆性更好的聚硅氧烷材料也需要考慮。上述問題相信在科研工作者的不斷努力下，將會一一得到解決，未來硅氧烷側(cè)鏈液晶聚合物一定具有寬廣的應(yīng)用前景。