Исследователи из России и Чехии впервые смогли создать жидкокристаллические полимеры, рельефом поверхности которых можно управлять с помощью лазеров. Такие материалы найдут применение в качестве бесконтактных модификаторов поверхности. Исследование доступно на страницах журнала Soft Matter.

Жидкие кристаллы сочетают свойства жидкости и твердых кристаллов. Они принимают форму сосуда и в то же время имеют анизотропию — разные физические свойства в зависимости от направления движения. Небольшие тепловые, механические, магнитные или электрические воздействия на такие материалы позволяют управлять положением их молекул и, как следствие, оптическими свойствами. Эта особенность позволила использовать жидкие кристаллы в элементах дисплеев.

Еще в 1970-х исследователи смогли синтезировать первые ЖК-полимеры гребнеобразного строения. Их объемная структура состоит из нескольких молекулярных фрагментов. Первый из них — это группы, ответственные за образование ЖК-фаз. Они соединяются с полимерной цепью с помощью гибких алкильных цепочек. В качестве таких соединительных групп ученые часто используют молекулярные структуры, реагирующие на световое воздействие. Синтез таких материалов проходит «снизу вверх» — так же, как в живых системах из аминокислот собираются белки.

«На данный момент создание различных топографий поверхностей, их дальнейшее изменение и настройка — одно из самых перспективных направлений «интеллектуального» материаловедения, — говорит декан химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Степан Николаевич Калмыков. — Для пленок и покрытий, которые могут менять рельеф поверхности, также становится возможным управлять адгезией, смачиваемостью и другими свойствами поверхности. Фотохромные ЖК-полимеры позволяют управлять этими свойствами дистанционно, с помощью света».

Исследователи МГУ вместе с коллегами из Института биоорганической химии РАН и чешскими учеными придумали материалы, которые можно использовать в качестве бесконтактных модификаторов поверхности. Для этого ученые сначала синтезировали фотохромные мономеры, а затем полимеризовали их и исследовали фазовое поведение и фотооптические свойства. Основное внимание авторы уделили фотомодификации поверхности.

В качестве основы полимеров ученые использовали полиметакрилат. В качестве мезогенных групп они выбрали азобензольные молекулы с разными заместителями в бензольном кольце.

Ученые выяснили, что пленки этих полимеров под сфокусированным поляризованным светом зеленого и красного лазеров показывают разную деформацию. При действии зеленого света на поверхности образуются «кратеры», тогда как для красного света ученные наблюдали асимметричные «холмы». Параметры рельефных элементов не превышают нескольких десятков нанометров.