盘状苯并菲丙烯酸酯中间体的合成与液晶相行为研究

本文主要报道了一系列不对称取代的苯并菲丙烯酸酯类盘状液晶中间体化合物的合成及其液晶相行为研究。首先,从单羟基苯并菲类衍生物出发,针对不同长度烷基间隔基体系的反应活性差异,采用不同方法引入可聚合丙烯酸酯基官能团,对亚甲基间隔基数目从0到10的苯并菲丙烯酸酯进行全系列合成,并通过核磁共振波谱(NMR)和质谱(MS)对合成目标产物进行化学结构确认。通过差示扫描量热法(DSC)、偏光显微镜(POM)和小角/广角X射线散射(SAXS/WAXS)表征并分析该系列盘状苯并菲丙烯酸酯中间体的液晶相行为及组装的柱状有序结构。结果表明,大多数己氧基苯并菲类丙烯酸酯中间体只形成结晶;而丁氧基苯并菲类中间体则大都能呈现单向或双向互变型热致六方柱状液晶相,以及一类典型的具有三维(3D)位置有序的六方柱状塑晶相。该类不对称取代的苯并菲丙烯酸酯盘状液晶相态结构与相行为关系的阐明,将对(甲基)丙烯酸酯类可聚合功能性单体的设计合成以及加深对聚合制得侧链盘状液晶聚合物的多级有序相结构的认识和理解具有重要意义。     

硅氧烷近晶相单体的合成及应用

为了改善聚合物分散液晶（PDLC）在智能玻璃领域应用中存在的视角较差、透明态效果不够理想以及无法实现双稳态的缺点,合成了一种具有硅氧烷长链结构的近晶相液晶单体,并将该近晶相液晶单体用于近晶相的混晶配方制备了简单的近晶相双稳态器件。以10-溴-1-癸烯、对羟基联苯氰和1,1,1,3,3,5,5-七甲基硅氧烷为原料,以较高收率合成了该近晶相液晶单体。通过核磁共振（NMR）和元素分析（EA）确认了分子结构的正确性;利用偏光显微镜（POM）、示差扫描量热仪（DSC）等对其单体液晶参数和混晶配方参数进行测定,通过基板处理、液晶盒制备、器件老化等过程制备了近晶相双稳态器件。实验表明,该近晶相混晶配方制得的近晶相双稳态器件具有较宽的近晶相温宽（-62℃~60℃）,较低的驱动电压（50 V）,透明态参数优秀（雾度=0.06%,平行光透过率=90.34%）,完全无视角缺陷,且可以仅在状态切换时需要通电实现双稳态效果。该硅氧烷类近晶相液晶单体对于改善近晶相混晶配方有着重要的作用,该材料制备方法简单,原料易得,收率较高,易于生产,对于智能玻璃领域的市场推广有着重要的作用。     

新型1,2,4-噁二唑类液晶化合物的合成

为了满足液晶母体在不同情况下的参数需求,合成了3种含有噁二唑结构的新型负性未知化合物用于液晶母体的调配。以芳烃的碘代物为原料,通过三步反应合成了该类新型化合物。通过核磁共振(NMR)、元素分析(EA)和红外光谱(FT-IR)等分析方法确认了分子结构;利用偏光显微镜(POM)、示差扫描量热仪(DSC)等测试手段,对该类化合物的液晶参数进行了测定。实验表明,该类新型的1,2,4-噁二唑类化合物具有较小的光学各向异性值(Δn=0.107~0.118)和负值较大的介电各向异性值(Δε=-1.6~-4.3),并且个别单体具有较宽的相列相温度范围。该类新型的1,2,4-噁二唑类化合物可以用于液晶母体的调配并改善部分性能,且制备方法原料易得,合成路线简单,收率较高,易于实现工业化生产。     

一类多氟负介电液晶单体的合成及性能研究

为了满足液晶母体在各种情况下的参数要求,合成了6种新型的具有2个或2个以上的2,3-二氟苯基的有较大负介电各向异性的化合物。以2,3-二氟丙基苯或2,3-二氟苯乙醚为原料,通过一系列反应合成了目标液晶单体。经过核磁共振、元素分析和质谱等方法确定了分子结构;利用示差扫描量热仪、阿贝折射仪和电容电抗测试仪等测试手段对其进行测定。实验表明,这类多氟化合物有着较大的光学各向异性(Δn=0.22~0.33)和较大负值的介电各向异性(Δε=-7.63~-12.02)。该类型的多氟化合物可以用于液晶母体的调配并且改善其部分性能。这类多氟化合物原料易得、收率较高(总收率50%),极易实现工业量产。     

多氟多氰类负性液晶化合物的合成

为了满足液晶母体在不同情况下的参数需求,合成了2种新型的含有多氟多氰结构的具有较大负介电各向异性值的未知化合物用于液晶母体的调配。以邻苯二甲腈和邻二氟苯为原料,通过一系列反应合成了2种该类新型液晶单体。通过核磁共振、元素分析等方法确定了分子结构;利用偏光显微镜、示差扫描量热仪和旋转黏度计等测试手段,对其参数进行测定。实验表明,该类多氟多氰类化合物具有较小的光学各向异性值(Δn=0.096~0.107)、负值很大的介电各向异性值(Δε=-15.2~-16.7)和较大的旋转黏度(γ1=234.8~248.6mPa·s)。该类新型的多氟多氰类化合物可以用于液晶母体的调配并改善其部分性能,且制备方法原料易得,收率较高,易于实现工业化生产。     

双环NCS液晶的合成与性能研究

通过偶联、硝化、还原等有机化学合成方法制备了3种具有异硫氰酸酯(NCS)结构的双环液晶单体材料.经红外光谱、NMR检测证实,合成结果即为目标产物.采用热台偏光显微镜和DSC测定了材料的相变点.将其作为一种单体溶解于成品液晶,制成平行排列的液晶器件,用椭偏仪测定器件中混合液晶的Δn值后,可反推出NCS单体材料的Δn值约为0.27,这在双环液晶单体中处于较高的水平.用平行液晶器件测定了混合液晶的响应速度,发现混入NCS单体10%后器件的响应速度约有20%的提升.实验结果表明,NCS双环液晶是一种具有较高Δn、响应快速的液晶单体材料,在液晶光学调制器件中具有一定的应用前景.     

4-(4-乙烯基苯基)苯甲酸-(-4乙烯基)苯酯的合成

以联苯为原料,经傅克酰化、溴代、格氏和氧化反应,制备了4-(4-乙酰基苯基)苯甲酸;以苯甲醚为原料经傅克酰化,醚解制备了4-乙酰基苯酚;两者再经酯化、还原、脱水反应,合成了一种新型的双官能团聚合物材料单体4-(4-乙烯基)苯基苯甲酸-(4-乙烯基)苯酯,基于联苯的总收率为7%～10%,其结构经1 H NMR和FT-IR确认,并用偏光显微镜和差示扫描量热仪对其液晶性进行了研究。     

从晶体光学到液晶光学—液晶物理的光学研究方法进展

液晶材料的光学测试和光学应用是液晶物理的主要研究手段和应用领域。所以液晶的光学研究方法也是随着液晶学科研究的逐步深入而不断发展,并反过来又推动液晶这一诱人学科进入更加色彩绚丽的胜景。本综述主要是以液晶这一学科发展的历史纵向为轴线,介绍和评述了在液晶研究领域中,诸多常规的以单体晶体光学为基础的光学研究方法、原理、应用以及液晶物理研究中的局限和错误。考虑大多实际测试和应用中液晶材料是锚泊和局限在液晶盒中,本综述着重介绍了以多层各向同性-各向异性介质薄膜系统为基础的液晶光学研究方法,以正确地描述液晶(盒)的光学测试和响应。其中,以现代光学为基础发展起来的光导波技术、光学表面波技术及它们之间的相互作用及耦合影响、液晶材料对其调制及应用等等,都作了较为详细地介绍和比较。近年刚刚开拓发展的,作为有机各向异性材料的液晶与无机各向异性材料的异型金属纳米颗粒的有序混合物,在液晶(盒)器件中的表现及应用前景和对于光学测试及表征的的挑战,也加以介绍和讨论。     

非线性光学PI/SiO2纳米杂化材料的合成与表征

以含氟的二胺5,5'-(六氟异丙基)-二-(2-氨基苯酚)及二酐3,3',4,4'-苯四甲酸二酐(BPDA)为单体.首先合成了经酰胺化的主链上带有活性羟基的含氟聚酰亚胺,再通过Mitsunobu反应将活性生色分子共价链接到聚酰亚胺的侧链骨架上,合成了二阶非线性光学(NLO)含氟聚酰亚胺,采用溶胶-凝胶(sol-gel)技术,并利用偶联剂APTES制备带有发色团的及含有硅氧烷端分子的聚酰胺酸,其中的Si(OR)3基经水解、缩合后,与TEOS在催化剂作用下反应,经杂化、凝胶后,得到光学透明的具有非线性光学的、热稳定性高的杂化材料.将制得的NLO含氟聚酰亚胺/SiO2杂化材料,采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、示差扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)性能测试装置对材料的结构、表面形貌、热性能进行了表征.     

含氟双环NCS液晶的合成与性质研究

合成了两种具有氟取代的双苯环异硫氰酸酯(NCS)类液晶单体。通过与不含氟NCS单体的对比发现,随着氟原子个数的增加单体的熔点逐渐降低,Δn值也逐渐降低,其中二氟代双环NCS单体的Δn为0.20。单氟代NCS单体混入商品液晶时具有提高其响应速度的特性,而二氟代材料对于响应速度的提升不明显。实验结果表明,单氟代双环NCS液晶是一种具有较高Δn、低熔点、低黏度的快速响应液晶材料,在液晶空间光调制器件中具有一定的应用前景。     

The wide view (WV) film for enhancing the field of view of LCDs

This paper reviews the technologies of the wide view (WV) film. The WV film is an optical compensation film, which remarkably enhances the field of view of twisted nematic (TN) thin-film transistor liquid crystal displays (TFT-LCDs). We have recently developed a new WV film for the OCB mode, which promises a fast optical response speed and wide viewing angle LCD-TV. The WV film is made of a hybrid alignment polymerized discotic material (PDM) layer coated on a (tri-acetyl cellulose (TAC) substrate. The PDM layer alignment technology and the TAC retardation control technology give us the flexibility to develop a compensation film for any LCD mode and allow a cost effective roll-to-roll polarizer lamination process.     

新型多畴扭曲向列相液晶显示器

提出在像素电极下方放置凸起物,获得具有宽视角特性的多畴扭曲向列相液晶显示器。该模式比传统的多畴TN模式摩擦过程少,工艺过程简单。在这种液晶显示器中,初始状态(未加电)时,分子排列结构和普通单畴TN模式相同,在加电压状态时,由于凸起物的存在,液晶分子沿着4个不同的方向排列形成多畴区域。文中运用专业液晶模拟软件模拟,对该液晶显示器的电光特性进行研究,结果表明,该液晶显示器具有宽视角、色散小及色彩还原性较好的特性。     

展宽LCD视角的新原理

扭曲向列型（ＴＮ）和超扭曲向列型（ＳＴＮ）ＬＣＤ，包括有源和无源矩阵，都有一个共同的缺点，即视角狭窄；审液晶材料的电光特性所造成的。现已开发出一种展宽ＬＣＤ视角的新方法，这一ＬＣＤ新的工作原理在解决其视角狭窄的问题时，对于ＬＣＤ显示器件而言，不是从其内部着手而是从其外部着手，本文将描述这种新型设计的各关键元件的工作原理。     

STN—LCD中双折射着色现象的消除—白模式显示

在液晶显示领域中一项重要的进展是 STN-LCD 的开发,用简单矩阵驱动可实现大信息容量。但是 STN-LCD 利用液晶材料的双折射效应,产生显示着色问题,使显示对比度下降。为获得较好的显示质量必须设法消除这种固有着色现象。本文主要讨论用光学补偿法消除着色的原理,并着重介绍用单向延伸的聚合物制成的相位延迟膜的光学特性,将其应用于 STN-LCD,可获得良好的黑白显示。在此基础上与微型彩色滤色器结合可获得多色显示。     

Fast and High‐Contrast Electro‐optical Switching of Liquid‐Crystalline Physical Gels: Formation of Oriented Microphase‐Separated Structures

Fast and high‐contrast responses with low driving voltages in twisted nematic (TN) cells are achieved for anisotropically oriented structures of liquid‐crystalline physical gels. They are prepared by hydrogen‐bonded aggregation of an L ‐lysine‐based gelator in nematic liquid crystals. When the mixtures of the nematic liquid crystals and the gelator are prepared in TN cells, fibrous aggregates of the gelator align along the twisted‐nematic orientation of the liquid crystal, forming oriented phase‐separated structures.     

Assembly of Photopolymerizable Discotic Molecules on an Aligned Polyimide Layer Surface to Form a Negative Retardation Film with an Oblique Optical Axis

Ultraviolet (UV) polymerizable discotic liquid‐crystalline (DLC) molecules (2,3,6,7,10,11‐hexakis(4′‐acryloy‐m‐alkyloxybenzoyoxy)triphenylene [HAHBT‐m, where m was the number of methylene units, and here m = 6 (HAHBT‐6)]) were assembled to form a negative retardation film with an oblique optical axis on a specifically designed rubbing‐aligned polyimide layer surface [6FDA‐11CBBP (where 11 is the number of methylene units in the side chains)]. The side chains of this polyimide were terminated by cyanobiphenyl groups. Surface‐enhanced Raman scattering (SERS) and optical second harmonic generation results showed that rubbing caused a surface structural re‐arrangement in the alignment layer resulting in a negative pre‐tilt angle (θ_s) of –8.5° (which was in the direction opposite to the rubbing direction). The molecular topology at the rubbed surface was governed by a stable fold‐like bent structure of the cyanobiphenyl side chains, in which the CN groups preferentially pointed down towards the surface. When the DLC molecules were deposited onto the alignment surface and polymerized via UV irradiation to generate a new optical film, an oblique optical axis with an average tilt angle of –18.6° with respect to the film normal was detected using ellipsometric measurements. This tilted optical axis was developed by the DLC molecules being wedged on top of the cyanobiphenyl groups when in the bent conformation. Furthermore, the tilt angle difference between the θ_s at the alignment surface and at the air interface of the DLC molecules was attributed to a splay deformation of the DLC molecules along the film surface normal. Optical modeling has also confirmed our experimental observations.     

Stable,Low‐Temperature Discotic Nematic Superstructures by Incorporating a Laterally Substituted Sidearm in Hexakis(phenylethynyl)benzene Discogens

A new strategy for preparing room‐temperature discotic nematic materials is proposed and developed stepwise to improve various discotic nematic properties. This approach replaces one sidearm of the discotic hexakis(4‐hexyloxyphenylethynyl)benzene with a tris(alkoxy) sidearm, 1‐ethynyl‐2,3,4‐tris(hexyloxybenzene), to lower transition temperatures, manipulate discotic nematic ranges, and preserve the discotic nematic superstructure while preventing column formation. Although symmetry considerations play a role in the resulting mesogenic properties, steric hindrance and van der Waals interactions are ascribed to the superior discotic nematic properties of the newly prepared discogens containing a laterally substituted sidearm.     

Discotic Liquid Crystal‐Functionalized Gold Nanorods: 2‐ and 3D Self‐Assembly and Macroscopic Alignment as well as Increased Charge Carrier Mobility in Hexagonal Columnar Liquid Crystal Hosts Affected by Molecular Packing and π–π Interactions

Gold nanorods functionalized with triphenylene‐based discotic liquid crystal (LC) motifs show striking self‐assembly behavior both on transmission electron microscopy (TEM) grids as well as in the bulk enforced by the π–π‐stacking of triphenylene groups of adjacent nanorods. TEM images confirm that these discotic LC nanorods form ribbons of parallel‐stacked nanorods several hundred nanometer long. The pursued silane conjugation approach to decorate the nanorods allows for the preparation of dispersions of the nanorods in the hexagonal columnar phases of parent discotic LCs, where the nanorods can be macroscopically aligned with almost 80% efficiency by a simple shearing protocol. Doping the parent host materials with about 1% by weight of the discotic LC‐capped nanorods also reduces the lattice parameter and the intracolumnar packing, which gives rise to enhanced charge carrier mobility in these hosts as determined by time‐of‐flight measurements.     

单玻璃基板与各向异性聚合物膜的IPS-LCD的应用

介绍了一种使用单片玻璃基板和各向异性聚合物膜的轻型、共面转换液晶显示(IPS-LCD)技术。液晶分子由伸长的聚合物膜内的颗粒排列。各向异性聚合物膜的取向性能与聚酰亚胺(PI)摩擦层相当。良好的液晶取向性能使新器件的对比度(514:1)、驱动电压和响应时间都能够与双玻璃基板LCD相比拟。这种各向异性膜也能作为拓宽视角的相位补偿膜来使用。该技术特别引人注目之处在于制作单基板显示器,同时它也具有实现双层宾主显示和IPS-LCD柔性显示的潜在应用。