文獻分享|EHC MRG-100材料摩擦配向試驗機輔助表面接枝ZnO納米棒的微米厚池單向取向研究

東京工業大學 Kaho Ogata、Shoichi Kubo 教授團隊在《Molecules》（2022, 27, 689）發表研究，提出利用低分子量液晶（LCs）的協同運動，實現微米厚池內表面接枝 ZnO 納米棒的單向均勻取向，為功能各向異性材料在微器件中的應用提供新路徑。

摘要

無機納米管、納米棒等各向異性納米材料因其獨特性能備受關注，但在微米厚度范圍內實現大面積均勻取向仍具挑戰。本研究聚焦液晶的協同運動特性，通過在 ZnO 納米棒表面接枝向列相液晶聚合物（PMA (4OPB)）以提升與主體液晶的相容性，成功在約 5μm 厚的液晶池中實現 ZnO 納米棒沿液晶方向的一維均勻取向。偏光顯微鏡（POM）和偏振紫外 - 可見吸收光譜證實，接枝液晶聚合物的 ZnO 納米棒與向列相主體液晶呈單向平行取向。

樣品制備

玻璃基板經異丙醇超聲清洗 30 分鐘、UV - 臭氧處理 10 分鐘后，旋涂取向層前驅體并在 220℃加熱 1 小時。采用EHC MRG-100材料摩擦配向試驗機對均勻取向層進行摩擦處理，隨后將涂覆取向層的基板與含 5μm 硅間隔物的膠水貼合，制成玻璃池。該材料摩擦配向試驗機的精準摩擦工藝為液晶分子及 ZnO 納米棒的定向排列提供了關鍵支撐，是實現均勻取向的重要設備之一。

均勻取向性能驗證

在含均勻取向層的 5μm 厚玻璃池中，PMA (4OPB) 接枝 ZnO 納米棒與主體液晶 5CB 形成均勻向列相。POM 觀察顯示，樣品在 35℃以下呈現向列相特征的紋影織構，旋轉 45° 時對比度明顯，偏振方向與摩擦方向平行或垂直時消光（圖 4）。偏振 UV-Vis 光譜表明，ZnO 納米棒在 350nm 附近的特征吸收峰平行于摩擦方向時強度更高，取向參數 S 達 0.09，證實納米棒與液晶協同取向。

結論：

本研究探究了微米厚液晶池中，分散于主體液晶內的向列相液晶聚合物接枝納米棒的取向調控規律。經差示掃描量熱（DSC）分析證實，表面接枝的納米棒與主體液晶具有良好相容性，二者形成均一液晶相；借助偏光顯微鏡（POM）與偏振紫外 - 可見吸收光譜表征，發現在經取向層處理的 5μm 厚液晶池中，表面接枝納米棒與主體液晶呈平行的均勻同向取向。此外，分散表面接枝納米棒后，主體液晶的雙折射特性與 5CB（經典液晶材料）幾乎一致，表明接枝的向列相液晶聚合物與主體液晶間存在協同作用，未發生明顯相分離。本研究成果為有效利用取向規整的納米材料各向異性，推動各類微尺度器件研發提供了支撐。