基于苝类盘状液晶的新型炭薄膜材料制备的研究

本项目是用基于苝类的盘状液晶分子来制备新型炭薄膜材料，工作主要分为三部分，首先基于苝类盘状液晶分子的分子设计、合成、表征和液晶性能研究，目的是得到含碳、氢、氧或者氮，可以直接炭化的盘状液晶分子。第二部分是盘状液晶薄膜涂覆的研究，就是利用液晶的易取向和自组装、自修复特性，制备规整排列、垂直取向的盘状液晶分子薄膜。最后是探索和优化盘状液晶薄膜的炭化条件，最终得到的高性能炭薄膜材料，并研究其力学性能、导电和导热性能。通过本项目的实施可以建立盘状液晶分子结构、液晶性能和液晶分子自组装取向行为的关系；明确液晶薄膜结构、炭化条件和炭薄膜性能的关系，为制备新型炭薄膜材料开辟一个全新的方法，同时研究炭化机理。

本项目合成制备了系列苝类盘状液晶分子PS4-PS8，通过分子结构的调控，实现了对盘状液晶分子间相互作用调节，优化得到热稳定、且具有六方柱状相的盘状液晶。此液晶材料PS8通过热、电的刺激可以对液晶薄膜进行单一取向排列，分别实现垂直取向和平行取向。最后，利用液晶高度有序性和取向性，通过掺杂，降低了沥青（天然液晶）基碳纤维的预氧化温度，提高了取向度和有序程度，优化预氧化、碳化条件，制备出了高模量的碳纤维材料。本课题建立了盘状液晶分子结构、液晶性能和液晶分子组装取向行为的关系；明确了碳纤维的制备、预氧化、碳化的条件，为高性能碳纤维制备方法提供了一个新思路。本项目开发了高性能碳纤维制备技术，建立高性能液晶基碳纤维的材料设计、性能测试、制备加工的整套实验平台。