基于薄荷醇的手性液晶材料的合成及性能研究

基于薄荷醇的手性液晶材料的合成及性能研究

论文摘要

手性液晶是目前液晶领域的研究热点之一。手性分子的引入对液晶的宏观物理性质有着极为显著的影响。液晶的许多物理特性依赖于手性而产生,如:线性和非线性的光学性质,铁电性、反铁电性和压电行为的产生,以及新织构的出现。此外,应用于光学元件的液晶大多数含有手性结构,比如,胆甾相液晶的热致变色,扭曲向列型液晶显示器,和近晶相的铁电和反铁电开关等。本论文主要是合成了一系列含薄荷基的手性液晶单体及硅油侧链聚合物,并对其结构与性能进行测试表征。本论文分为三个部分进行论述。在第一部分,设计并合成了一系列以薄荷醇为手性基元,以乙氧基为末端基,以苯酯苯酯苯为液晶基元的不同二元酸间隔基的液晶单体B0P2MB1、BOP2MB2、BOP2MB3、BOP2MB4、BOP2MB5、BOP2MB6、BOP2MB10,讨论不同二元酸间隔基对液晶单体的影响。通过测试表明,所合成的液晶单体升温阶段除单体2BOP6MB呈现指纹织构,单体BOP2MB10呈现纹影织构,其余呈现油丝织构,降温阶段由于间隔基不同,导致出现不同织构。在第二部分,设计合成了一系列以薄荷醇为手性基元,以丁二酸为间隔基,以苯酯苯酯苯为液晶基元的不同末端基长度的的液晶单体BOP1MB4、BOP2MB4、BOP3MB4、 BOP4MB4、BOP5MB4、BOP6MB4、BOP7MB4、BOP8MB4、BOP9MB4、BOP10MB4,讨论不同端基长度对液晶单体的性能影响。通过测试表明,所合成的液晶单体升温均呈现油丝织构,降温均先呈现蓝相织构后转变为焦锥织构。在第三部分,合成了一系列以薄荷醇为手性液晶中心的,端基具有可反应烯烃双键的液晶单体M1、M2、M3、M4、M5、M6,并分别将之与硅油进行侧链接枝聚合。DSC以及偏光分析结果表明,液晶单体M1、M2、M3升温过程中均出现了油丝织构,降温过程中出现了蓝相及焦锥织构;M4在升温过程中出现了油丝织构,降温过程中出现了蓝相、焦锥织构、SmC* Batonnets; M5、M6在升温过程中均出现了油丝织构,降温过程中出现了蓝相、焦锥织构、TGBA*相,该系列单体均为热致互变型液晶。聚合物偏光分析表明在升温过程中出现了Grandjean织构,结合XRD分析表明,聚合物P1-P6系列均为非甾体胆甾液晶。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 液晶简介
  • 1.1.1 液晶定义
  • 1.1.2 液晶的各向异性
  • 1.2 液晶的分类
  • 1.2.1 依照液晶的形成条件分类
  • 1.2.2 依液晶分子的排列状态分类
  • 1.3 光学活性物质
  • 1.4 手性液晶分子的光学特性
  • 1.4.1 选择反射
  • 1.4.2 旋光性
  • 1.4.3 圆二向色性
  • 1.4.4 光电效应
  • 1.5 液晶中一种稳定的相态——蓝相
  • 1.6 液晶高分子概述
  • 1.6.1 液晶高分子的结构
  • 1.6.2 手性侧链液晶高分子的分子设计及合成
  • 1.6.3 手性侧链液晶高分子的国内外研究现状
  • 1.7 论文特色与意义
  • 第2章 不同间隔基长度的手性液晶的合成
  • 2.1 主要试剂
  • 2.2 测试方法及仪器
  • 2.2.1 红外光谱(FT-IR)分析
  • 2.2.2 差示扫描量热(DSC)分析
  • 2.2.3 偏光显微(POM)分析
  • 2.2.4 核磁共振氢谱(1H-NMR)分析
  • 2.3 液晶中间体及液晶单体的合成路线
  • 2.3.1 中间体MB1、MB2、MB3、MB6、MB10的合成
  • 2.3.2 中间体MB4、MB5的合成
  • 2.3.3 中间体BOP2的合成
  • 2.3.4 液晶单体2BOPnMB的合成
  • 2.4 实验步骤
  • 2.4.1 中间体MB1、MB2、MB3、MB6、MB10的合成
  • 2.4.2 中间体MB4、MB5的合成
  • 2.4.3 中间体BOP2的合成
  • 2.4.4 液晶单体2BOPnMB的合成
  • 2.5 部分中间体的结构分析
  • 2.5.1 中间体MB6的结构分析
  • 2.5.2 中间体MB4的结构分析
  • 2.5.3 中间体BOP2的结构分析
  • 2.6 手性液晶单体的结构与性能分析
  • 2.6.1 液晶单体2BOP1MB的结构与性能分析
  • 2.6.2 液晶单体2BOP2MB的结构与性能分析
  • 2.6.3 液晶单体2BOP3MB的结构与性能分析
  • 2.6.4 液晶单体2BOP4MB的结构与性能分析
  • 2.6.5 液晶单体2BOP5MB的结构与性能分析
  • 2.6.6 液晶单体2BOP6MB的结构与性能分析
  • 2.6.7 液晶单体2BOP10MB的结构与性能分析
  • 2.7 2BOPnMB系列液晶单体相行为讨论
  • 2.8 本章小结
  • 第3章 不同端基长度的手性液晶的合成
  • 3.1 主要试剂
  • 3.2 液晶中间体及液晶单体的合成路线
  • 3.2.1 中间体BOPm的合成
  • 3.2.2 4-(4-孟氧基4-氧代丁酰氧基)苯甲酰氯的合成
  • 3.2.3 液晶单体mBOP4MB的合成
  • 3.3 实验步骤
  • 3.3.1 中间体BOPm的合成
  • 3.3.2 4-(4-孟氧基-4-氧代丁酰氧基)苯甲酰氯的合成
  • 3.3.3 液晶单体mBOP4MB的合成
  • 3.4 部分中间体的结构分析
  • 3.5 部分液晶单体的结构分析
  • 3.5.1 液晶单体5BOP4MB的结构分析
  • 3.5.2 液晶单体10BOP4MB的结构分析
  • 3.6 液晶单体的性能分析
  • 3.6.1 热性能分析
  • 3.6.2 偏光织构分析
  • 3.6.3 mBOP4MB系列单体相行为分析
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 侧链手性液晶聚合物的合成
  • 4.1 主要试剂
  • 4.2 测试方法及仪器
  • 4.2.1 X射线衍射(XRD)分析
  • 4.3 液晶单体的合成路线
  • 1的合成'>4.3.1 液晶单体M1的合成
  • 2的合成'>4.3.2 液晶单体M2的合成
  • 3的合成'>4.3.3 液晶单体M3的合成
  • 4的合成'>4.3.4 液晶单体M4的合成
  • 5的合成'>4.3.5 液晶单体M5的合成
  • 6的合成'>4.3.6 液晶单体M6的合成
  • 4.4 侧链液晶高分子的合成
  • 1、P2、P3的合成'>4.4.1 侧链液晶高分子P1、P2、P3的合成
  • 4、P5、P6的合成'>4.4.2 侧链液晶高分子P4、P5、P6的合成
  • 4.5 实验步骤
  • 1的合成'>4.5.1 液晶单体M1的合成
  • 2的合成'>4.5.2 液晶单体M2的合成
  • 3的合成'>4.5.3 液晶单体M3的合成
  • 4的合成'>4.5.4 液晶单体M4的合成
  • 5的合成'>4.5.5 液晶单体M5的合成
  • 6的合成'>4.5.6 液晶单体M6的合成
  • 4.5.7 侧链液晶高分子的合成
  • 4.6 液晶单体的结构与性能分析
  • 1的结构与性能分析'>4.6.1 液晶单体M1的结构与性能分析
  • 2的结构与性能分析'>4.6.2 液晶单体M2的结构与性能分析
  • 3的结构与性能分析'>4.6.3 液晶单体M3的结构与性能分析
  • 4的结构与性能分析'>4.6.4 液晶单体M4的结构与性能分析
  • 5的结构与性能分析'>4.6.5 液晶单体M5的结构与性能分析
  • 6的结构与性能分析'>4.6.6 液晶单体M6的结构与性能分析
  • 4.7 液晶聚合物的结构与性能分析
  • 4.7.1 液晶聚合物的红外分析
  • 4.7.2 液晶聚合物的热性能分析
  • 4.7.3 液晶聚合物织构分析
  • 4.7.4 液晶聚合物的XRD分析
  • 4.8 本章小结
  • 第5章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 相关论文文献

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