宽温域、低驱动电压及无电光迟滞特性的纳米粒子/蓝相液晶复合材料的制备及性能研究

A series of inorganic nanoparticles (NPs) with different sizes and morphologies were prepared systematically, and modified by using surface-modification method such as Chemical or Physical Modification. Then, the NPs will be dispersed into blue phase (BP) liquid crystal (LC) to prepare NPs/BP-LC composite materials, to explore the effects of different types of NPs, the sizes, the morphologies and surface-modification methods on the dispersity of the NPs in the BP-LC host, on the temperature range,Kerr constant, the dielectric constant, the birefringence, the pitch length of the helical structure,the viscosity, the elastic constant and on the electro-optical performance of the BP. Furthermore, the mechanism for the NPs to extend the temperature range and improve electro-optical performance will be elucidated to provide experimental foundation and theoretical guidance for developing the BP-LC composites with wide temperature range, low driving voltage and free hysteresis in areas of display as well as electro-optical devices.

本课题拟系统地合成一系列不同粒径和形貌的无机纳米粒子，并通过使用表面修饰剂或物理包覆有机化合物的方法来对其进行表面修饰；然后将所制备的纳米粒子分散到母体蓝相液晶中，从而制备纳米粒子/蓝相液晶复合材料。研究纳米粒子的种类、粒径、形貌、含量和表面修饰方法对纳米粒子在蓝相液晶中分散性的影响规律、对复合体系的蓝相温域、Kerr系数、各向介电常数、折射率、螺距、粘度和弹性常数等参数以及其电光性能的影响规律，探索纳米粒子对复合体系的蓝相温域或电光性能的影响机理，为开发同时兼具宽温域、低驱动电压及无电光迟滞特性的实用型蓝相液晶显示材料提供实验数据和理论指导。

在小分子蓝相液晶材料方面，设计并合成了四个系列不同侧氟取代联苯炔苯腈及萘炔苯腈分子、四个系列侧位或末端取代基不同的噁二唑类双轴分子、一系列不同中心链接长度的二聚体类分子、一系列具有双轴结构的噻吩类弯曲型分子，制备出具有宽温域的小分子蓝相液晶材料，详细研究了分子结构与蓝相性能的关系，为宽温域蓝相液晶的制备奠定了理论基础。在聚合物稳定蓝相液晶材料方面，系统研究了小分子母体向列相液晶、手性添加剂的种类、聚合物单体的种类和含量、聚合温度等条件对聚合物稳定蓝相液晶材料的温域及光电性能有显著影响，制备出性能优良的聚合物稳定蓝相液晶材料。在纳米粒子方面，设计并合成了包含ZnS、BaTiO3、ZnO、CdS、ITO在内的不同种类、粒径、形貌及表面修饰方法的无机纳米粒子。在复合材料方面，制备出纳米粒子/聚合物稳定蓝相液晶复合材料，研究了非铁电性纳米粒子（ZnS）和铁电纳米粒子（BaTiO3）对体系蓝相温域、饱和电压、响应时间、电光迟滞的影响。另外，制备了三个系列系列偶氮二聚体分子、两个系列含偶氮苯基团的双轴噻吩类弯曲型分子，研究了偶氮二聚体液晶分子掺杂到蓝相母体液晶中对体系温域范围、光学特性的影响。总结而言，通过分子设计、制备及混配可得到了具有宽温域的小分子蓝相液晶材料，为蓝相液晶的实用化提供可能；通过液晶与纳米粒子、聚合物材料的复合，制备出兼具宽温域、低驱动电压及无电光迟滞特性的聚合物稳定纳米粒子掺杂蓝相液晶复合材料，在超快显示用蓝相液晶显示器上具有广泛的应用前景。