小角∧形铁电性液晶材料的制备、结构与电光性能研究

香蕉形铁电性液晶材料自1996年发现以来，其特殊的超分子手性结构和电光特性受世界研究者热切关注，虽然普遍认为此类液晶分子中心环角度越小，对电场响应越快，且随双折射率的提高而视角变宽，但由于其分子结构设计是随机的,缺乏理论依据，铁电性能与分子结构间的对应关系尚未阐明，现研究仅限于分子中心环角度为105 ～140 范围的结构。对此，本研究拟通过分子端基长度、侧链对称性、端基柔性和二级苯环间距等影响材料铁电性的因素模拟计算，确立∧形液晶材料铁电性与分子结构间的对应关系，并开展小角∧形铁电性液晶分子结构设计；制备一类中心环角度为60 的小角∧形铁电性液晶材料，考察其分子自组装行为和材料的电光性能，发展小角∧形液晶材料铁电性理论。该项目的实施将为大屏幕、低成本、快响应、广视角的轻薄型液晶显示器的研制提供理论指导和技术支持。

传统学说认为，当∧形液晶中心环角度处于105°到140°之间时，铁电性液晶相才会出现。中心环角度限制了大自发极化值、快响应铁电性液晶材料的发展和应用。本项目通过∧形液晶材料铁电性与分子结构间的本构关系研究，提出引入角度为60°的1,7-萘中心环、大柔性烷硫端基、卤素取代基（氟、氯）等设计思想，首次制备了基于60°中心环的六类小角∧形铁电性液晶材料，并对其自组装结构、铁电性能和电场响应模型进行了深入研究。研究发现，基于烷硫端基的小角∧形液晶、侧链卤素（氟、氯）取代小角∧形液晶均能形成铁电性六方柱状相（Colh），铁电相转变温度区间范围为55 ℃～140℃，基于烷硫端基长侧链小角∧形液晶能形成各向正交铁电近晶相（SmAPF），铁电相转变温度区间范围为195 ℃～250℃。上述材料表现大的自发极化值（>100 nC/cm2）和快的响应时间（微秒级）。系统研究了铁电性能与外界温度场的变化规律：Colh相和SmAPF相温域内，自发极化值均随温度的降低而增大，响应时间随温度的降低而减小，同一温度条件下，尾链较短的分子表现出较大的自发极化值和较长的电场响应时间。在上述研究基础上，首次构建了小角∧形铁电性液晶材料Colh相、SmAPF相的电场响应模型，为将此类液晶材料应用于广视角、快响应的轻薄型液晶显示器提供了技术支持。