点击化学合成盘-棒-盘状液晶三聚体

本文设计并合成了一系列盘-棒-盘状液晶三聚体.此类三聚体由两个相同的苯并菲盘状介晶基元和一个联苯棒状介晶基元通过CuI-NEt3体系催化端基炔和端基叠氮化合物的点击反应连接形成.该三聚体结构通过核磁、红外和高分辨质谱表征;介晶性通过偏光显微镜(POM)、差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射(XRD)进行了研究.结果显示:此类液晶三聚体均为室温液晶,呈现四方柱状相(Colr).连接3个介晶基元的柔性间隔基的长度对化合物的相转变温度具有明显影响.     

丙基联苯酯型液晶的合成:不饱和端基及氧原子对介晶性的影响

本文以对溴苯甲醚为原料制备成格氏试剂,与4-丙基环己酮亲核加成,脱水,Pd/C催化脱氢芳基化,L iPPh2脱甲基得到了4-正丙基-4’-羟基联苯。该联苯与酰氯酯化反应合成了系列丙基联苯酯类液晶化合物C3H7-C6H4-C6H4-OC(O)R。通过差示扫描量热法和热台偏光显微镜对其介晶性研究发现,当R=CnH2n 1(n=3,4)时,化合物无液晶性;但n=5-7、10,C8H16CH=CH2,C8H16C≡CH时,化合物具有SA相;当R=CH2OCmH2m 1(m=2-5),CH2OCH2CH2OCH3时,化合物呈有序度较较高的SB相。这类化合物的液晶相较窄,多在25℃-100℃范围内。TGA测试的化合物热分解温度都高于200℃。     

含全氟烃基的联苯酯类液晶的合成及其介晶性

全氟烃或半氟烃链无手性液晶化合物可能呈现铁电液晶性, 具有较大的学术及应用价值而受到研究人员的重视. 合成了全氟己基苯甲酸联苯酯类液晶化合物: ROC₆H₄C₆H₄O₂CC₆H₄C₆F₁₃ (3a～3e), C₃H₇C₆H₄C₆H₄O₂CC₆H₄C₆F₁₃ (6a)及其烃衍生物. 用差示扫描量热法(DSC)和偏光显微镜(POM)对其介晶性研究发现: 烃衍生物呈有序度较低的向列相, 熔点较高, 清亮点较低, 液晶相较窄. 全氟烃基取代的化合物出现多个有序度较高的近晶相, 熔点较低, 清亮点高, 介晶相温度范围宽.     

4(4''''-辛氧基-4”-联苯羧酸基)苯磺酸酯类的合成

随着发现和发明液晶显示的各种原理和显示方式,促进显示用优良的液晶材料的开发,反过来新型液晶材料又促进了新型显示器开发.DOBAMBC(p-癸氧基亚苄基-p'-氨基-2-甲基丁基肉桂酸酯)[1]第一支铁电液晶(FLC)以及MHPOBC((R)-4-(1-甲基庚基氧羰基)苯-4'-烷氧基联苯)-4-羧酸盐[2]第一支反铁电液晶(AFLC)极大地推动了液晶材料的合成及液晶显示器件的开发.以S原子代替C、O原子的液晶,如硫酯、砜基、亚砜基、亚磺酸基等,不断有报道.我们设计了一种新型的含磺酸酯基团的液晶分子,4(4'-辛氧基-4”-联苯羧酸基)苯磺酸酯类,并已成功地合成其中五种新的化合物,测试了液晶性能.国内外文献上未见报道.合成路线如下:     

1,3-双[4-(4'-甲基)-氧化偶氮苯基-苯氧羰基]苯氧甲基-1,1,3,3- 四甲基二硅 氧烷的合成、晶体结构和液晶性能

合成了[CH3(C6H4)N2O(C6H4)COO(C6H4)OCH2Si(CH3)2]2O,经IR,1^HNMR和元素分析表征,并测定其单晶结构。结果表明,晶体属单斜晶系,空间群为P21/c,晶胞参数a=1.7557(1),b=1.0938(9),c=2.3300(1)nm,β=105.6(6)°,V=4.3116nm^3,Mr=855.07,Z=4,Dc=1.317g/cm^3,μ(CuKα)=6.335cm^-1,F(000)=900,最终的偏离因子R=0.0837,Rw=0.0913。该分子中,柔性的四甲基二硅氧烷嵌段与氧化偶介晶基团形成ABA结构齐聚物。两条刚性的介晶基链节的轴向几乎平行向上伸出。径长比(L/D)为4.23.该液晶化合物的要变温度K174.4N226.8Ⅰ.通过结构分析,讨论了该类化合物的结构对液晶相变行为的影响。     

官能化苯并菲盘状液晶的合成及不饱柔链对介晶性的影响

合成了12个含不饱和软链的苯并菲盘状液晶化合物,C18H6（OC5H11）6-x（OR）x（x=1,2,3）,R=-C3H6CH=CH2（a）,-C3H6C≡CH（b）,-C2H4OCH=CH2（c）.化合物结构通过核磁共振氢谱和高分辨质谱表征.化合物热致液晶性通过偏光显微镜（POM）,差视扫描热量法（DSC）,和X射线衍射（XRD）进行了研究.结果显示目标化合物呈现有序的六方柱状介晶相.端炔基链化合物b系列熔点最高.乙烯氧基柔链化合物c系列有最高的清亮点和最宽的介晶性温度范围,且随着不饱和醚链数的增多,清亮点明显升高.对称苯并菲化合物sym-C18H6（OC5H11）3（OR）3比不对称化合物asym-C18H6（OC5H11）3（OR）3具有更高的熔点和清亮点.乙烯氧基柔链可极化的偶极相互作用对液晶稳定性有较大贡献.     

液晶性芳香醛化合物的合成

以对羟基苯甲醛和对烷氧基联苯酰氯为原料,采用爱因宏反应,合成了一系列4-(4'-烷氧基联苯基-4-羧基)苯甲醛.化合物的结构通过元素分析、红外光谱、核磁共振和质谱等方法确证.化合物的液晶行为用示差扫描量热法、偏光显微镜和旋光仪等方法表征.结果表明,所有的化合物加热至各自的熔点以上都能形成液晶态.在液晶态可以观察到手性近晶C相、近晶相、胆甾相和向列相的典型织构.含手性中心的化合物都有较高的旋光性,而且在合成反应中旋光性得到保持.随着分子末端烷氧基碳原子数增加,化合物(除2a和4a外)的熔点(T_m)和液晶态的清亮点(T_i)呈规律性变化,近晶相范围和近晶相-向列相转变温度渐增,而向列相温度范围递减,至十二烷基时,仅呈现近晶性.     

不对称苯并菲盘状液晶的合成及取代基对介晶性的影响

合成了一系列新型含间位二硝基苯甲酸酯不对称苯并菲盘状液晶化合物2-(3,5-二硝基苯甲酰氧基)-3,6,7,10,11-五烷氧基苯并菲(3a～3f). 通过偏光显微镜(POM)和差示扫描量热计(DSC)对其介晶性进行了研究. 结果显示: 此类化合物有高的清亮点, 稳定的六方柱状相以及较宽的介晶相范围, 且随着软链碳原子数的增加, 化合物的熔点和清亮点均出现下降趋势, 但六方柱状相的有序性却没有发生很明显的变化. 同时通过与其它三类苯并菲盘状液晶2-苯甲酰氧基-3,6,7,10,11-五烷氧基苯并菲(4a～4f), 2-二茂铁甲酰氧基-3,6,7,10,11-五烷氧基苯并菲(5a～5f), 2,3,6,7,10,11-六烷氧基苯并菲(6a～6f)的对比研究, 探讨了酯基, 强吸电子基团, 以及取代官能团体积对介晶性的影响. 证实了苯并菲化合物中分子结构小的变化将引起介晶性大的改变.     

基于四硫富瓦烯和氰基联苯单元的玻璃态液晶化合物的合成及介晶性能

将性能优良的介晶单元氰基联苯基元引入到四硫富瓦烯(TTF)的外围,成功合成了3种新型的液晶化合物.通过核磁共振波谱(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)对其结构进行了表征.利用示差扫描量热分析(DSC)、热台偏光显微镜(HS-POM)和小角X射线散射(SAXS)实验对3种化合物的液晶相态进行了研究.结果表明:合成的3种化合物在宽的温度范围呈现单一液晶相,在冷却过程中并没有出现结晶现象,而是转化为玻璃态.间隔基长度的变化对液晶化合物相态的影响显著,间隔基较短的化合物呈近晶A相(Sm A),而具有较长间隔基的化合物(1c)呈现六方柱状相.采用密度泛函(DFT)方法计算了化合物1a的电子结构和前线分子轨道密度分布,化合物1a的HOMO轨道上的电子云密度集中在TTF上,LUMO集中在氰基联苯上,说明此类液晶分子为典型的D-σ-A分子.     

钴配合物[Co_2(H_2O)_8(C_(10)H_8N_2)_2]·(HO_3PCH_2CH_2SO_3)(SO_4)(H_2O)_4的合成与晶体结构研究

用硫酸钴、4,4'-联吡啶和2-磺酸基乙基膦酸合成了一个新颖的钴化合物:[Co_2(H_2O)_8(C_(10)H_8N_2)_2]·(HO_3PCH_2CH_2SO_3)(SO_4)(H_2O)_4,并对其进行了红外.元素分析、热重测试,通过单晶衍射仪测定了其晶体结构.结果表明,配合物属单斜晶系C2/c空间群,分子式为C_(22)H_(45)Co_2N_4O_(22)PS_2,分子量为930.57,晶胞参数为a=19.8456(18),b=11.2957(10),c=34.719(3)(A),β=106.095(3)°,晶胞体积为7477.9(12)(A)~3,Z=8,Dc=1.653 g/cm~3,F(000)=3856,μ=1.131 mm~(-1),最终残差因子R_1=0.0726,wR_2= 0.1719(相对于5612个I>2σ(I)的可观测衍射点).在这个化合物中,二齿配体4,4'-联吡啶把Co(II)桥连成[Co(4,4'-bipy)]~(2+)链.化合物中的[Co(4,4'-bipy)]~(2+)链有三个不同的朝向.2-磺酸基乙基膦酸没有参与配位而是做为一个有机模板剂填充在[Co(4,4'-bipy)]~(2+)链形成的空隙中.     

液晶化学

液晶在近30年来受到科技界广泛关注,人们对它的性质、合成、用途进行了深入的研究,使其在现代科技领域占据重要地位。本文对液晶的性质及用途进行论述。     

新的手性Schiff碱液晶的合成及变温红外光谱研究(Ⅰ)

合成了1个新的手性Schiff碱类液晶并以DSC、偏光显微镜及变温红外光谱等手段对其热致相变过程进行了研究。     

基于胆甾相液晶的可调制光子晶体

将胆甾相液晶填充进胶体晶体内部空隙, 通过胆甾相液晶与胶体晶体的耦合, 构建了一种新型可调制液晶光子晶体. 填充于胶体晶体内部的胆甾相液晶织构呈现典型的手性近晶相(S)特征. 由于胆甾相液晶具有特定的选择性反射, 当胶体晶体的带隙处于胆甾相液晶的反射波长范围之内, 则随着温度的改变, 胶体晶体的带隙与胆甾相液晶的带隙同时发生蓝移. 在一定温度条件下, 胆甾相液晶的带隙将与胶体晶体的带隙发生耦合, 实现了光子晶体带隙在单峰与双峰之间的可逆切换.     

1-烷基-3-甲基咪唑溴化盐离子液体的晶体结构及性能

以不同链长溴代烷烃和N-甲基咪唑反应得到1-烷基-3-甲基咪唑溴化盐,用元素分析和核磁共振对化合物进行了表征.室温下用溶剂蒸发法得到了单晶,并用X射线单晶衍射法测定了晶体结构,该晶体属于三斜晶系,空间群为P-1.化合物采用双分子层结构,水分子参与结构的形成,整个化合物由交叉的线性烷基链、咪唑头基、溴离子和水分子组成,溴离子和水分子之间较强的氢键作用在(010)方向上形成了一个无限的O-H···Br氢键链.用偏光显微镜、差示扫描量热(DSC)技术研究了其液晶行为,证明其一水合物为近晶相热致液晶.液晶区域的温度范围较宽说明水分子起到稳定作用.     

液晶显示材料

介绍了液晶的结构类型,液晶分子的光电效应,实现液晶显示的偏振片透光原理,包括扭曲向列型（TN）、超扭曲向列型（STN）、薄膜晶体管型（TFT）液晶显示的异同,可用于液晶显示的有机材料,以及液晶显示材料的产业现状及发展趋势。     

新型侧链液晶聚甲基丙烯酸酯研究

以横向取代的液晶基元为侧基合成了聚甲基丙烯酸酯,并对此聚合物进行初步表征.在玻璃化温度(170℃)以上样品进入液晶态.样品较高的玻璃化温度以及能形成液晶态的特性被认为是棒状液晶基元使聚合物分子链刚性化的结果.     

液晶聚合物网络研究进展

综述了液晶聚合物网络的新进展。包括液晶热固体、液晶弹性体和液晶互穿网络。介绍了各种网络的合成、主要性能和应用前景。     

液晶二聚体

液晶二聚体作为半柔性主链型液晶聚合物的简化模型, 通过对其液晶性质的研究, 有助于理解更复杂聚合物体系的液晶行为. 另外, 液晶二聚体作为一类特殊的液晶也有其自身的相结构和相行为. 以分子结构与液晶态的相互关系为主线, 系统介绍了目前文献报道的对称及非对称棒状液晶二聚体(线形、H形、U形、T形)、盘状液晶二聚体(对称的盘-盘状液晶二聚体和非对称的盘-棒状液晶二聚体)和香蕉形液晶二聚体(对称的香蕉-香蕉形液晶二聚体和非对称的香蕉-棒状液晶二聚体)等各种不同类型的液晶二聚体的研究进展, 以期为新型液晶二聚体的分子设计提供一些借鉴.     

Effective Permittivity of a Multi-Phase System: Nanoparticle-Doped Polymer-Dispersed Liquid Crystal Films

This paper studies the effective dielectric properties of heterogeneous materials of the type particle inclusions in a host medium, using the Maxwell Garnet and the Bruggeman theory. The results of the theories are applied at polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) films, nanoparticles (NP)-doped LCs, and developed for NP-doped PDLC films. The effective permittivity of the composite was simulated at sufficiently high frequency, where the permittivity is constant, obtaining results on its dependency on the constituents’ permittivity and concentrations. The two models are compared and discussed. The method used for simulating the doped PDLC retains its general character and can be applied for other similar multiphase composites. The methods can be used to calculate the effective permittivity of a LC composite, or, in the case of a composite in which one of the phases has an unknown permittivity, to extract it from the measured composite permittivity. The obtained data are necessary in the design of the electrical circuits.     

Investigation of the Compatibility of a Multi-Component TN Liquid Crystal Mixture and a Multi-Component Cholesteric Liquid Crystal Mixture by DSC

The phase transition curves of a multi-component TN liquid crystal mixture (TN 88-1) and a multi-component cholesteric liquid crystal mixture (Ch 88-2) were plotted by using a differential scanning calorimeter. The phase transition temperature and phase transition heat were obtained from the DSC curves. The results show that the components of TN 88-1 are compatible and they can form a stable mixture with CB 15 chiral liquid crystal. The components of Ch 88-2 are not compatible and Poly (MMA-BMA) can greatly improve their compatibility. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.