기판 보조 공정을 이용한 콜레스테릭 액정 엘라스토머의 다중 자극 반응형 메카노크로믹 거동 개발 = Development of Multi-Responsive Mechanochromic Behavior in Cholesteric Liquid Crystal Elastomers via a Substrate-Assisted Method

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cholesteric liquid crystal elastomers (CLCEs) exhibit strain-dependent photonic responses due to the deformation of their helical structures. While their mechanochromic properties are well-known, achieving precise, multi-mode deformation readout with standalone CLCE films is challenging due to boundary condition, strain uniformity, and integration constraints. This dissertation presents a substrate-assisted fabrication and sensing strategy that enables CLCEs to display multi-responsive mechanochromic behaviors, including broadband reversible color shifts, plastic deformation detection, and three-dimensional tomographic strain visualization. By integrating CLCE films onto polymer substrates via lamination or embedding, strain transfer was controlled to achieve accurate correlation between helical pitch modulation and optical response. Adjusting crosslink density with a monofunctional mesogen further enabled broadband, reversible mechanochromism, highlighting the substrate’s role in stabilizing cholesteric order while enhancing strain sensitivity. This substrate-assisted framework was extended to a tomographic strain indicator, where multilayered or spatially distributed CLCE elements embedded in elastomeric substrates allowed real-time 3D visualization of complex deformation fields solely via colorimetric readout. Additionally, a CLCE-based mechanosensitive patch was developed for detecting plastic deformation in commercial plastics. When laminated onto polymer substrates such as polyethylene and polycarbonate, irreversible spectral shifts distinguished permanent plastic strain from elastic deformation, providing a robust, non-destructive diagnostic method. Overall, this work establishes substrate-assisted processing as an effective strategy to unlock multi-responsive mechanochromic behavior in CLCEs. By integrating material design, interfacial mechanics, and device-level engineering, it provides a unified platform for CLCE-based optical sensors with broad applicability in soft robotics, structural diagnostics, and adaptive photonic systems.

목차 (Table of Contents)

• 제Ⅰ장 서론 1
• I-1. 액정의 개요 1
• I-2. 콜레스테릭 액정의 구조 및 광학 특성 2
• I-3. 콜레스테릭 액정 엘라스토머의 구조와 메카노크로미즘 3
• I-4. 독립형 CLCE의 한계 및 기판 보조 설계의 필요성 6
• 제Ⅱ장 콜레스테릭 액정 엘라스토머 기반 단층 변형 감지 기술 개발 및 응용 8
• Ⅱ-1. 서론 9
• Ⅱ-2. 실험 방법 12
• Ⅱ-2.1. 시약 12
• Ⅱ-2.2. CLCE 전구체 제조 13
• Ⅱ-2.3. CLCE 필름 제조 13
• Ⅱ-2.4. 엘라스토머 기판으로의 CLCE 필름 삽입 14
• Ⅱ-2.5. 엘라스토머 기판의 변형에 대한 수치 시뮬레이션 14
• Ⅱ-2.6. 특성 분석 15
• Ⅱ-3. 결과 및 논의 20
• Ⅱ-4. 결론 46
• 제Ⅲ장 단관능 메소젠을 통한 가교밀도 조절에 의한 콜레스테릭 액정 엘라스토머의 광대역 가역적 메카노크로미즘 48
• Ⅲ-1. 서론 49
• Ⅲ-2. 실험 방법 51
• Ⅲ-2.1. 시약 51
• Ⅲ-2.2. CLCE 전구체 제조 52
• Ⅲ-2.3. CLCE 필름 제조 52
• Ⅲ-2.4. 특성 분석 53
• Ⅲ-3. 결과 및 논의 56
• Ⅲ-4. 결론 90
• 제Ⅳ장 소성 변형 기반 변형 전달에 의한 콜레스테릭 액정 엘라스토머의 비가역적 메카노크로미즘 91
• Ⅳ-1. 서론 92
• Ⅳ-2. 실험 방법 95
• Ⅳ-2.1. 시약 95
• Ⅳ-2.2. CLCE 전구체 제조 95
• Ⅳ-2.3. CLCE 필름 제조 96
• Ⅳ-2.4. 180° 박리 시험을 통한 접착 특성 분석 97
• Ⅳ-2.5. 심도-구성 스캐닝을 이용한 치아 교합의 3D 표면 프로파일링 97
• Ⅳ-2.6. 특성 분석 98
• Ⅳ-3. 결과 및 논의 100
• Ⅳ-4. 결론 131
• 참고문헌 132
• 감사의 글 152