液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成.doc

长春理工大学

科研训练报告

材料科学与工程学院0806211班
姓名刘春雨
时间第19,20周
地点西区实验楼114
指导教师宋静

目的：
通过科研训练，使大三本科生初步接触科研工作，做好从学习到科研的衔接过程，按照“分配科研训练题目→题目初步了解→广泛搜索文献资料→文献综述→拟定实验思路→进行简单实验→撰写科研训练报告，谈体会和心得”的过程，培养学生科学地分析问题和设计合理实验方案的能力，规范的实验操作以及发现问题和解决问题的能力。
主要内容：
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成

一液晶的简介和分类
随着人们对液晶的逐渐了解,发现液晶物质基本上都是有机化合物,现有的有机化合物中每200种中就有一种具有液晶相。
显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的,现已发展成很多种类,例如各种联苯腈、酯类、环己基(联)苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及各种含氟苯环类等。人们通常根据液晶形成的条件,将液晶分为溶致液晶(Lyotropicliquidcrystals)和热致液晶(Thermotropicliquidcrystals)两大类。
1.1溶致液晶
将某些有机物放在一定的溶剂中,由于溶剂破坏结晶晶格而形成的液晶,被称为溶致液晶。比如:简单的脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂等。溶致液晶广泛存在于自然界、生物体中,与生命息息相关,但在显示中尚无应用。
1.2热致液晶
热致液晶是由于温度变化而出现的液晶相。低温下它是晶体结构,高温时则变为液体,这里的温度用熔点(Tm)和清亮点(Tc)来标示。液晶单分子都有各自的熔点和清亮点,在中间温度则以液晶形态存在。目前用于显示的液晶材料基本上都是热致液晶。在热致液晶中,又根据液晶分子排列结构分为三大类:近晶相(Smectic)、向列相(Nematic)和胆甾相(Cholesteric)。
1.2.1胆甾相液晶
这类液晶大都是胆甾醇的衍生物。胆甾醇本身不具有液晶性质,其中只有当OH基团被置换,形成胆甾醇的酯化物、卤化物及碳酸酯,才成为胆甾相液晶。并且随着相变而显示出特有颜色的液晶相。胆甾相液晶在显示技术中很有用,TN、STN等显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的。另外,温度计也应用于此液晶。
1.2.2近晶相液晶
虽然目前液晶显示技术中主要应用的是向列相液晶,而近晶相液晶黏度大,分子不易转动,即响应速度慢,被认为不宜作显示器件。但是向列相液晶显示模式几乎已接近极限,从TN到STN直至FSTN(FormulatedSuperTwistedNematic)格式化超级扭曲向列,对其应用没有新的理论模式。因而,人们将目光重新转移到了近晶相液晶上,目前各近晶相中的手性近晶C相,即铁电相引起人们广泛兴趣。铁电液晶具备向列相液晶所不具备的高速度(微秒级)和记忆性的优异特征,它们在最近几年得到大量研究。
1.2.3向列相液晶
向列相液晶又称丝状液晶。在应用上,与近晶相液晶相比,向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动,因而黏度小,富于流动性。向列相液晶分子的排列和运动比较自由,对外界作用相当敏感,因而应用广泛。向列相液晶与胆甾相液晶可以互相转换,在向列相液晶中加入旋光材料,会形成胆甾相,在胆甾相液晶中加入消旋光向列相材料,能将胆甾相转变成向列相。
液晶显示中所用液晶材料的主要分类
液晶材料介于晶体与液体之间性质,兼有液体与晶体的特性,一方面,液晶具有流体的流动特性;另一方面,液晶又呈现出晶体的空间各向异性,包括介电特性、磁极化、光折射率等空间各向异性。液晶分子的部分有序排列还使得液晶具有类似晶体的、能承受扰乱这种秩序的切变应力。即使液晶具有切变弹性模量。对于实际显示器件性能的影响,液晶材料有许多技术参数,包括光电参数与物性参数,主要有介电各向异性Δε、双折射率Δn、体积黏度η、弹性常数K、相变温度Tm/Tc(熔点\清亮点)和液晶电阻率ρ等。根据液晶的上述特性产生出来的光电效应,把液晶对电场、磁场、光线和温度等外界条件的变化在一定下装换成可视信号,就可以制成显示器,即液晶显示器件。目前,各种形态的液晶材料基本上都用于开发液晶显示器,现在已开发出的有各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双(多)稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等。而在液晶显示中,开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。按照液晶显示模式,常见向列相显示就有TN(扭曲向列相)模式、HTN(高扭曲向列相)模式、STN(超扭曲向列相)模式、TFT(薄膜晶体管)模式等。其中TFT模式是近10年发展最快的显示模式。
2.1TN(TwistNematic)扭曲向列型液晶材料
TN型液晶材料的发展起源于1968年,当时美国公布了动态散射液晶显示(DSM2L