Химики МГУ совместно с российскими и чешскими коллегами впервые синтезировали жидкокристаллические полимеры, в пленках каждого из которых бесконтактно, под действием зеленого и красного лазеров, создаются разные рельефные структуры. Такие материалы перспективны в качестве бесконтактных модификаторов поверхности. Результаты работы опубликованы в журнале Soft Matter.
Жидкие кристаллы (ЖК) сочетают свойства текучей фазы и твердых кристаллических тел: они могут принимать форму сосуда, но в тоже время обладают анизотропными свойствами (физические свойства внутри структуры меняются по-разному в зависимости от направления в кристалле). Воздействие небольшого теплового, механического, магнитного или электрического поля позволяет управлять ориентацией молекул жидких кристаллов и, как следствие, их оптическими свойствами. Благодаря этой особенности жидкие кристаллы нашли широкое применение в дисплеях и экранах современных устройств.
В 1970-е параллельно и независимо в СССР и ФРГ были впервые синтезированы ЖК-полимеры гребнеобразного строения. Структура таких ЖК-полимеров образована несколькими молекулярными фрагментами. Жесткие мезогенные (т.е. ответственные за образование ЖК-фаз) группы соединены с полимерной цепью гибкими алкильными цепочками. В качестве мезогенов химики часто используют фотохромные группы ֫— они реагируют на световое излучение. Синтезируют такие полимеры «снизу вверх», подобно тому, как в живых системах из аминокислот собираются макромолекулы аминокислот.
«Сейчас создание различных топографий поверхностей, их дальнейшую реконфигурацию и настройку относят к одному из самых перспективных направлений “интеллектуального” материаловедения», — рассказал декан химического факультета МГУ член-корреспондент РАН Степан Николаевич Калмыков. — Пленки и покрытия, способные менять рельеф поверхности, модифицируют адгезию, смачиваемость и другие поверхностные свойства материала. Фотохромные ЖК-полимеры сочетают в себе молекулярную самоорганизацию с возможностью управления ею под действием света, что делает их особенно интересными для таких исследований и дальнейшего применения».
Сотрудники кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ совместно с ИБХ РАН и Институтом физики (Чехия) создали материалы, которые перспективны в качестве бесконтактных модификаторов поверхности. «Цель данной работы — изучение формирования поверхностного рельефа в образцах двух фоточувствительных ЖК-полимеров при облучении сфокусированным лазерным пучком разной длины волны, — прокомментировал один из авторов исследования, профессор РАН, главный научный сотрудник кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ Алексей Бобровский. — Синтез фотохромных мономеров был осуществлён нашими чешскими коллегами, с которыми у нас давнее успешное сотрудничество. Мы синтезировали полимеры на их основе и исследовали фазовое поведение и фотооптические свойства, сконцентрировавшись на изучении фотомодификации поверхности. Эти эксперименты были проведены на уникальной экспериментальной установке, которая находится в Институте биоорганической химии и объединяет методы атомно-силовой и поляризационно-оптической микроскопии с возможностью облучения пучком лазера диаметром около 30 мкм».
Сотрудники химического факультета МГУ синтезировали ЖК-полимеры на основе полиметакрилата. В качестве мезогенных групп исследователи выбрали азобензольные молекулы с разными заместителями в бензольном кольце. Исследователи обнаружили, что пленки этих полимеров под сфокусированным поляризованным светом зеленого и красного лазеров деформируются по-разному. В случае зеленого света на поверхности образуются «кратеры», тогда как для красного света ученные наблюдали асимметричные «холмы». Параметры рельефных элементов не превышают нескольких десятков нанометров.
«С момента появления первых работ о гребнеобразных ЖК-полимерах были синтезированы и исследованы тысячи подобных ЖК-систем, — продолжил рассказ профессор Бобровский. — Но впервые обнаружено формирование двух непохожих рельефов на поверхности одного полимера в зависимости от длины волны падающего излучения». Изученные в работе системы уникальны тем, что рельеф поверхности создаётся бесконтактным образом — монохроматическим излучением лазера, а тип поверхностного рельефа определяется длиной волны света. Именно это и придает им перспективность в практическом применении.