«Напряжённые» субмикронные структуры в полимерно-жидкокристаллических композитах: дизайн, визуализация и оптимизация функциональности

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-23-00391

Название«Напряжённые» субмикронные структуры в полимерно-жидкокристаллических композитах: дизайн, визуализация и оптимизация функциональности

Руководитель Емельяненко Александр Вячеславович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-303 - Теория и компьютерное моделирование полимерных систем

Ключевые слова полимеры, жидкие кристаллы, «напряжённые» субмикронные структуры, дизайн, оптическая визуализация, оптимизация функциональности

Код ГРНТИ31.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одно из важнейших направлений развития современной науки – создание новых материалов, структуру которых можно «сконструировать» на субмикронном уровне. Субмикронные особенности структуры функциональных материалов способны полностью определить функции этих материалов. Например, свою высокую эффективность с точки зрения электрооптических эффектов демонстрируют, так называемые, «stressed liquid crystals» (напряжённые жидкие кристаллы), представляющие собой полимерно-жидкокристаллические комплексы с механически вытянутыми полимерными цепями. Сначала происходит сшивка полимерной сетки в присутствии жидкого кристалла, а затем полимерная сетка вытягивается механическим способом. Молекулы жидкого кристалла оказываются при этом в высокоупорядоченном состоянии, а полученные комплексы демонстрируют быстрый электрооптический отклик и высокий контраст светопропускания. Другой характерный пример – жидкокристаллические плёнки, содержащие наночастицы, которые могут использоваться для электро-, термо- или фотоиндуцируемой модуляции света. Изменяемое поверхностное сцепление жидкого кристалла и распределённых в нём частиц позволяет использовать данные материалы для детектирования примесей. Внедрение наночастиц в жидкие кристаллы приводит к изменению их вязких и упругих свойств, а также способно улучшить их люминесцентные свойства, что важно для современных дисплейных технологий и других электрооптических и фотонных применений. В современном мире, в котором возникает необходимость бороться с новыми опасными вирусами, вопросы «распознавания» и «конструирования» субмикронных структур, которые нельзя увидеть с помощью оптического микроскопа, выходят на первый план. Как правило, способы визуализации субмикронных структур сложны, дороги и требуют длительного времени для реализации. В то же время, во многих случаях применение неоптических способов визуализации может быть излишним, и вместо этого субмикронные объекты достаточно привести в контакт с материалом (внедрив их в систему), способным при таком контакте существенным образом изменять свою структуру на масштабах, сравнимых с длиной волны видимого света. На роль материалов, способных визуализировать субмикронные объекты, идеально подходят жидкие кристаллы, анизотропия физических свойств которых, а также их чувствительность к внешним воздействиям определяют их широкое применение во многих научных и технологических областях от дисплейных технологий до химических сенсоров. Данный проект будет направлен на дизайн «напряжённых» субмикронных структур в полимерно-жидкокристаллических композитах, визуализацию и оптимизацию их функциональности. Будут исследованы два типа нанокомпозитов: (1) Механически вытянутые полимерные сетки, содержащие в себе «напряжённые» молекулы жидкого кристалла; (2) Жидкокристаллические плёнки с внедрёнными нанообъектами, создающие «напряжённые» молекулярные области вокруг себя. Здесь под термином «напряжённые структуры» мы понимаем структуры, которые не могли бы существовать в равновесии (имели бы невыгодную свободную энергию) в случае разделения нанокомпозита на отдельные его составляющие. В русскоязычной литературе этот термин не является устоявшимся, тогда как иностранный аналог “stressed structures” используется довольно часто. «Напряжёнными» структурами можно эффективно управлять с помощью электрических, магнитных и световых полей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Емельяненко А.В., Швецов С.А. Дискотическое нематическое состояние в системе стержнеобразных молекул Жидкие кристаллы и их практическое использование, Т. 23, № 1. С. 78–89, 2023. (год публикации - 2023)
10.18083/LCAppl.2023.1.78

2. Швецов С.А., Орлова Т., Емельяненко А.В., Золотько А.С., Онг Х.Л. Optical nonlinearity of a dual-frequency nematic liquid crystal via temperature-mediated mapping of dielectric anisotropy Optics Express, Vol. 30, Issue 26, pp. 47909-47920 (2022) (год публикации - 2022)
10.1364/OE.478321

3. Емельяненко А.В. Оптимизация размера доменов в «напряженных» жидких кристаллах Жидкие кристаллы и их практическое использование (год публикации - 2024)

4. Емельяненко А.В., Рудяк В.Ю., Швецов С.А., Араока Ф., Нишикава Х., Ишикава К. Emergence of paraelectric, improper antiferroelectric, and proper ferroelectric nematic phases in a liquid crystal composed of polar molecules Physical Review E, Physical Review E 105, 064701 (2022) (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevE.105.064701

5. Емельяненко А., Рудяк В., Швецов С., Араока Ф., Нишикава Х., Ишикава К. Ferroelectric and antiferroelectric splay nematic phases in a liquid crystal composed of polar molecules Сборник тезисов 16-й Европейской конференции по жидким кристаллам (ECLC2023, Козенца, Италия, 10-14 июля 2023)., Сборник тезисов 16-й Европейской конференции по жидким кристаллам (ECLC2023, Козенца, Италия, 10-14 июля 2023), с. O 10. (год публикации - 2023)

Публикации