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液晶化合物的研究進(jìn)展

文檔作者：施娜娜，趙雄燕，仲錫軍文檔來源： 1．河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2．河北邁爾斯通電子材料有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月30日
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第45卷第4期
2016年4月
應(yīng)用化工
Applied Chemical Industry
Vo1．45 No．4
Apr．2016
液晶化合物的研究進(jìn)展
施娜娜 ，趙雄燕 ，仲錫軍
(1．河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050018
2．河北邁爾斯通電子材料有限公司，河北石家莊050600)
摘要：綜述了近年液晶化合物的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，從含氟液晶化合物、偶氮苯類液晶化合物和環(huán)己烷類液晶化合
物三方面介紹了相關(guān)液晶化合物的合成及性能，并就液晶化合物今后的發(fā)展前景進(jìn)行了分析與展望。
關(guān)鍵詞：液晶；含氟類液晶化合物；偶氮苯類液晶化合物；環(huán)己烷類液晶化合物
中圖分類號：TQ 050．4；TQ 246．5；TQ 231．1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671—3206(2016)04—0768—03
Progress of liquid crystal com pounds
SHI Na—na ，ZHAO Xiong—yan ，ZHONG Xi-]un
(1．CoHege of Material Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Sh~iazhuang 05001 8，China；
2．Hebei Milestone Electronic Material Co．，Ltd．，Shijiazhuang 050600，China)
Abstract：The research and development about liquid crystal compounds in recent years are reviewed．
The synthesis methods and properties of liquid crystal compounds are focused according to the fluoride
liquid crystal compounds，azobenzene liquid crystal compounds and cyclohexane liquid crystal corn—
pounds．The development trend and prospect of the liquid crystal compounds are summarized in the end．
Key words：liquid crystal；fluoride liquid crystal compounds；azobenzene liquid crystal compounds；cy—
clohexane liquid crystal compounds
20世紀(jì)60年代，RCA公司首次發(fā)現(xiàn)用電刺激
會改變液晶的透光方式，并隨后應(yīng)用該性質(zhì)發(fā)布了
液晶顯示技術(shù)后，液晶才逐漸引起人們的高度重視，
并迅速發(fā)展至各個領(lǐng)域。1966年Dopont公司利用
芳族聚酰胺液晶合成了Kevlar纖維后，液晶材料開
始了工業(yè)化道路。經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，液晶材
料憑借其特殊的性能已廣泛應(yīng)用于顯示技術(shù)、光學(xué)
存儲設(shè)備、太陽能電池、離子導(dǎo)體及納米模板等眾多
領(lǐng)域 。
1 液晶化合物研究現(xiàn)狀
1．1 含氟類液晶化合物
氟原子或氟化取代基能夠影響液晶化合物的熔
點、光學(xué)各向異性和介電各向異性等性質(zhì)，因此含氟
液晶已引起人們的廣泛關(guān)注_3。 。
廉嬌等¨ 合成了一系列含氟液晶化合物。研
究發(fā)現(xiàn)，這些化合物聚合后，液晶相轉(zhuǎn)變溫度明顯加
寬，且穩(wěn)定性也得到提高。蔣玉仁等¨ 以含氟溴苯
為起始原料，經(jīng)過一系列反應(yīng)得到一類含氟聯(lián)苯酚
酯類液晶化合物。表征發(fā)現(xiàn)，該類液晶化合物具有
較高的清亮點和較寬的介晶相轉(zhuǎn)變溫度范圍。尚洪
勇等 以1，2．二氟苯為起始原料，合成4．烷基環(huán)己
基一2，3一二氟苯碘后，再與4 乙氧基_7，3 二氟苯乙炔
偶聯(lián)，最終得到3種四氟二苯乙炔類液晶化合物。
實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該類化合物同時具有較大的光學(xué)各
向異性、負(fù)介電各向異性和良好的低溫相容性。由
于其合成路線簡單易于放大操作，因此具有非常好
的產(chǎn)業(yè)化前景。
3，4一二氟苯和3，4，5．三氟苯及氟化的雜環(huán)化合
物具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠與多種液晶基礎(chǔ)材
料反應(yīng)，是合成含氟液晶化合物的理想材料。如利
用3，4，5一三氟苯酚作為基礎(chǔ)材料可制備較低粘度且
性能穩(wěn)定的介電各向異性液晶材料，該材料在薄膜
晶體管領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
Liu等 合成了一種基于3，4二氟吡咯和3，
3，4，4，一四氟吡咯烷作為端基的新氮雜環(huán)化合物。
收稿日期：2015—12—20 修改稿日期：2016-01-06
基金項目：河北省重大科技成果轉(zhuǎn)化專項項目(15041206Z)
作者簡介：施娜娜(1990一)，女，河北沙河人，河北科技大學(xué)在讀碩士，師從趙雄燕教授，研究方向為液晶化合物的制備與
表征。電話：13081068100，E—mail：564781495@qq．com
通訊聯(lián)系人：趙雄燕，男，河北豐潤人，博士，教授，從事高性能高分子材料及精細(xì)化工材料的研究。電話：0311—
88632425，E—mail：zhaoxy66@ 126．com
第4期 施娜娜等：液晶化合物的研究進(jìn)展 769
研究結(jié)果表明，上述含氟液晶化合物均呈現(xiàn)出較寬
的介晶相轉(zhuǎn)變溫度范圍，并且能夠在高溫下處于穩(wěn)
定狀態(tài)。
1．2 偶氮苯類液晶化合物
偶氮苯液晶化合物憑借其良好的光學(xué)性質(zhì)在高
密度數(shù)據(jù)存儲、光學(xué)計算機、動態(tài)全息攝影技術(shù)、光
學(xué)圖像處理、波導(dǎo)開關(guān)和非線性光學(xué)材料 等領(lǐng)
域有著巨大的發(fā)展前景。
Wang等 首次合成了含有偶氮苯發(fā)色團(tuán)的液
晶凝膠劑，該凝膠劑可在向列型液晶相中形成自組
裝液晶網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而形成具有特殊性能的液晶凝膠。
研究發(fā)現(xiàn)，在偶氮苯鏈上引入苯甲酸類基團(tuán)延長了
液晶分子的剛性核長度，從而明顯地改善了溶解度，
降低了液晶偶氮凝膠劑在液晶主體中的聚集。
顯示液晶混合物取向的主要方法是摩擦法。但
是摩擦技術(shù)有很多缺點，例如容易產(chǎn)生靜電電荷和
引入粉塵顆粒等。該方法不會使其本身產(chǎn)生多疇的
取向?qū)?，從而在液晶顯示器上無法達(dá)到增加有限視
角的需要。目前，開發(fā)光控取向的液晶新材料已成
為主流。
Bobrovsky等-2 研究了幾種不同分子結(jié)構(gòu)的側(cè)
鏈偶氮苯聚合物薄膜的液晶光控取向問題，并對偏
振光照射下液晶的取向和再取向動力學(xué)進(jìn)行了深入
研究。特別對光誘導(dǎo)過程中液晶薄膜和液晶盒的取
向度、取向穩(wěn)定性以及多重再取向的可能性做了詳
細(xì)的研究。結(jié)果表明，所研究的偶氮苯類液晶聚合
物具有良好的穩(wěn)定性和多重再取向等特點，其在顯
示技術(shù)和光電子學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
Rahman等 合成了一系列u型偶氮液晶分
子，分子結(jié)構(gòu)由1，2一亞苯基中心核和通過烷基鏈接
的兩個棒狀偶氮苯為外圍單元組成。所有的化合物
無論鏈的長度和奇偶性都表現(xiàn)近晶A相和向列相。
研究還發(fā)現(xiàn)，這些u型偶氮分子表現(xiàn)出較強的光學(xué)
異構(gòu)化特性和非常長的熱后松弛時間(約32 h)。
該液晶材料在光存儲設(shè)備及光致變色材料領(lǐng)域具有
潛在的應(yīng)用前景。
Selvarasu等 合成了5種以肉桂酸酯封端的
新型偶氮液晶化合物。研究發(fā)現(xiàn)，液晶核的剛性、柔
性間隔基長度及不同的端基取代基對分子間作用力
及偶極矩有較大影響。同時，化合物中烯類雙鍵的
存在會增加棒狀分子的極化率和提高化合物的熱穩(wěn)
定性。此外，這些光敏性偶氮化合物在330~340 nm
呈現(xiàn)強的紫外一可見吸收，且當(dāng)這些偶氮化合物用特
定的紫外光照射后，在450 nm左右會出現(xiàn)一個對應(yīng)
于順式偶氮苯的最大吸收峰。
1．3 環(huán)己烷類液晶化合物
環(huán)己烷類液晶化合物主要是向列型液晶，該類
液晶不僅熔點低，而且具有較高的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)
定性，尤其是它的低粘度，非常適用于光電顯示
器件。
4一烷基一1一(4’一氯苯基)一環(huán)己烷液晶具有良好的
潤滑性能和較寬的液晶相變溫度，是一種理想的液
晶材料。趙慧敏等 通過Fridee1．Carfts反應(yīng)，以氯
苯、環(huán)己烯和酰氯為主要原料，在氯化鋁存在條件
下，經(jīng)分子內(nèi)重排得到了該產(chǎn)物。并用紅外光譜、質(zhì)
譜及核磁共振光譜對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)表征，為
環(huán)己烷類液晶化合物的合成開辟了新的途徑。
趙敏等 采用4一正烷基．1．(4’一苯基硼酸)環(huán)
己烷為主要原料，經(jīng)過鋰化、硼酸酸化等工藝，合成
了較高產(chǎn)率的一系列三、四環(huán)苯基環(huán)己烷。實驗中
發(fā)現(xiàn)，隨著末端烷基碳原子數(shù)的增加，產(chǎn)物熔點逐漸
降低，近晶相溫度范圍變寬。
Belyaev等 在1-2 000 MHz的頻率范圍內(nèi)，
研究了反式4一丙基(4-腈基苯基)一環(huán)己烷向列相液
晶的介電常數(shù)的頻率依賴性。并比較了從向列相液
晶到各相同性液相轉(zhuǎn)變過程中，介電常數(shù)和光學(xué)性
質(zhì)對溫度的依賴性。研究發(fā)現(xiàn)，盡管液晶分子內(nèi)的
運動會輕微影響縱向介電常數(shù)的色散，但短軸分子
的轉(zhuǎn)動則起重要作用。同時，長軸分子的轉(zhuǎn)動對縱
向介電常數(shù)的色散沒有影響。
楊燕等 以4一丙基雙環(huán)己基4’一甲酸為起始
原料，通過氯化、酰胺化、格式化、氧化、氟代及親核
取代等一系列反應(yīng)得到兩種新型液晶化合物：反式一
4一丙基4’一(1，1一二氟乙基)雙環(huán)己烷和反式-4一(1，
1，1．三氟乙基)_4’-丙基雙環(huán)己烷。結(jié)果表明，得到
的液晶化合物的清亮點均高于原材料。由于上述反
應(yīng)條件溫和，產(chǎn)品收率高，具有很好的工業(yè)化前景。
Liao等 。。借助于粗粒度模型和蒙特卡羅模擬
模型方法，考察了聯(lián)苯環(huán)己烷類液晶分子及其衍生
物鏈的大小和長度對液晶納米團(tuán)簇的影響。研究發(fā)
現(xiàn)，隨著液晶納米團(tuán)簇尺寸的增加，液晶納米團(tuán)簇的
平衡構(gòu)象逐漸由管狀結(jié)構(gòu)變?yōu)榍驙罱Y(jié)構(gòu)，且隨著平
衡構(gòu)象的轉(zhuǎn)變，體系的有序參數(shù)減少。
2 發(fā)展與展望
自20世紀(jì)6O年代以來，液晶材料因其獨特的
物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)上得到了迅猛的
發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用于顯示材料、光學(xué)存儲設(shè)備、太
陽能電池、離子導(dǎo)體及納米模板等領(lǐng)域。研究范圍
更是遍及化學(xué)、生物及信息科學(xué)等眾多領(lǐng)域，成為當(dāng)
今社會上備受青睞、不可或缺的新型材料之一。隨
著科學(xué)技術(shù)的日新月異，人們對液晶材料性能的要
770 應(yīng)用化工 第45卷
求也將越來越高。預(yù)計今后液晶材料的發(fā)展主要有
以下幾個方面：(1)探索制備已有液晶材料的新工
藝，減少副產(chǎn)物與有害物質(zhì)的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本；
(2)對現(xiàn)有液晶材料進(jìn)行性能改性，如降低對環(huán)境
溫度的要求，提高顯示用液晶材料的色彩豐富多樣
性等；(3)結(jié)合現(xiàn)有的高新技術(shù)(如納米技術(shù))，制備
新型功能型液晶材料，滿足多領(lǐng)域的高標(biāo)準(zhǔn)使用要
求，如顯示用新型液晶材料、信息工程領(lǐng)域的新型光
電液晶存儲材料、生物工程領(lǐng)域的新型藥用液晶材
料等。
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