文献分享|EHC MRG-100材料摩擦配向试验机辅助表面接枝ZnO纳米棒的微米厚池单向取向研究

东京工业大学 Kaho Ogata、Shoichi Kubo 教授团队在《Molecules》（2022, 27, 689）发表研究，提出利用低分子量液晶（LCs）的协同运动，实现微米厚池内表面接枝 ZnO 纳米棒的单向均匀取向，为功能各向异性材料在微器件中的应用提供新路径。

摘要

无机纳米管、纳米棒等各向异性纳米材料因其独特性能备受关注，但在微米厚度范围内实现大面积均匀取向仍具挑战。本研究聚焦液晶的协同运动特性，通过在 ZnO 纳米棒表面接枝向列相液晶聚合物（PMA (4OPB)）以提升与主体液晶的相容性，成功在约 5μm 厚的液晶池中实现 ZnO 纳米棒沿液晶方向的一维均匀取向。偏光显微镜（POM）和偏振紫外 - 可见吸收光谱证实，接枝液晶聚合物的 ZnO 纳米棒与向列相主体液晶呈单向平行取向。

样品制备

玻璃基板经异丙醇超声清洗 30 分钟、UV - 臭氧处理 10 分钟后，旋涂取向层前驱体并在 220℃加热 1 小时。采用EHC MRG-100材料摩擦配向试验机对均匀取向层进行摩擦处理，随后将涂覆取向层的基板与含 5μm 硅间隔物的胶水贴合，制成玻璃池。该材料摩擦配向试验机的精准摩擦工艺为液晶分子及 ZnO 纳米棒的定向排列提供了关键支撑，是实现均匀取向的重要设备之一。

均匀取向性能验证

在含均匀取向层的 5μm 厚玻璃池中，PMA (4OPB) 接枝 ZnO 纳米棒与主体液晶 5CB 形成均匀向列相。POM 观察显示，样品在 35℃以下呈现向列相特征的纹影织构，旋转 45° 时对比度明显，偏振方向与摩擦方向平行或垂直时消光（图 4）。偏振 UV-Vis 光谱表明，ZnO 纳米棒在 350nm 附近的特征吸收峰平行于摩擦方向时强度更高，取向参数 S 达 0.09，证实纳米棒与液晶协同取向。

结论：

本研究探究了微米厚液晶池中，分散于主体液晶内的向列相液晶聚合物接枝纳米棒的取向调控规律。经差示扫描量热（DSC）分析证实，表面接枝的纳米棒与主体液晶具有良好相容性，二者形成均一液晶相；借助偏光显微镜（POM）与偏振紫外 - 可见吸收光谱表征，发现在经取向层处理的 5μm 厚液晶池中，表面接枝纳米棒与主体液晶呈平行的均匀同向取向。此外，分散表面接枝纳米棒后，主体液晶的双折射特性与 5CB（经典液晶材料）几乎一致，表明接枝的向列相液晶聚合物与主体液晶间存在协同作用，未发生明显相分离。本研究成果为有效利用取向规整的纳米材料各向异性，推动各类微尺度器件研发提供了支撑。