CN101362949B - 一种具有近晶相-胆甾相转变的液晶混合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有近晶相-胆甾相转变的液晶混合物的制备方法，属于液晶材料领域用于制备温度控制型液晶器件。其特征是采用联苯氰类液晶和常见的小分子液晶及手性混合物混配，首先采用的配制方法是首先将8CB与10CB按不同比例混合，使用示差扫描量热仪和偏光显微镜测出相转变。从中得出结晶点最低的两种物质的配比，固定此配比不变，与11CB及12CB的混配与前面所述类似。通过这四种材料之间的相图的测量可以得出具有最低结晶点的混晶的配比，再加入小分子液晶及手性化合物，从而实现这一液晶混合物的配制。本发明具有近晶相和胆甾相两种液晶相，具有较宽的液晶相温度范围，较低的熔点，可调的近晶相到胆甾相转变的温度，此液晶体系成本较低。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料领域，特别涉及具有近晶相到胆甾相相转变的液晶混合物，用于制备温度控制型液晶器件。
背景技术
液晶是由棒状分子、盘形分子等不具有球对称性的分子组成的部分有序的物质。它既不同于分子排列完全混乱的各向同性液体，也有别于分子排列完全有序的晶体。这种介于晶体与液体之间的分子排列以及分子本身的特殊形状与性质，导致液晶呈现出介于液体与晶体，甚至远为复杂的特性。一方面，液晶具有流体的流动特性；另一方面，液晶又呈现出晶体固有的空间各向异性。从成分和出现液晶相的物理条件来看，液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶是单成分的纯化合物或均匀混合物在温度变化下出现的液晶相。根据分子排列的形式和有序性的不同，热致液晶液晶可分为近晶相、向列相和胆甾相。向列相液晶中不存在平移有序，分子的质心呈无规分布，而分子之间倾向于平行排列，这种液晶粘度小，在许多领域得到广泛应用。近晶相液晶是由杆状分子组成，分子可以排列成层，层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层，也可以与层平面成倾斜排列。由于分子排列整齐，其规整性接近晶体，具有二维有序，分子质心位置在层内无序，可以自由平移，从而具有流动性，但粘度较大，分子在层内可以前、后、左、右滑动，但不能在上，下之间移动。因而具有固定的有序性。胆甾相液晶其分子中含有手性碳原子或在液晶中掺有手性分子，因此这类分子构成的液晶往往具有螺旋结构，即从宏观上看胆甾相液晶分子可以看作是分层排列，分子平躺在层中，层与层平行，在每一层中分子像向列相一样彼此倾向于平行排列，但沿着层面的法线方向分子的指向矢基本上均匀连续的旋转，它既有液体的流动性、形变性、粘性，又具有晶体光学各向异性，是一种优良的非线性光学材料。
目前，液晶已经被广泛地应用到人们的日常生活中，如计算器的显示屏，笔记本电脑的显示屏，液晶电视等等。液晶的应用主要有液晶平板显示、生物膜理论、液晶温度传感器、液晶压力传感器、液晶在分析化学中的应用等方面。目前液晶公司的液晶产品基本上都只含有一种液晶相(例如：向列相)，例如SLC1717、SLC7011-100等，虽然它们有很宽的液晶相温度范围，但是它们只有向列相这一种液晶相。文献(Liq.Cryst.，2000；27[12]：1695)报道以液晶聚合单体/液晶(S6+E48)/手性化合物ZLI-4572/光引发剂等组成的混合物制备出具有如下性能的液晶薄膜：低温时薄膜为透明态，高温时薄膜为散射态，这一转变是非常灵敏的，并且此转变随着环境温度的升高和降低是可逆的。具有这样性能的薄膜是很好的温度控制的智能玻璃的候选材料，但是文献中的转变温度较高，液晶相温度范围窄，不适合实际应用。
发明内容
本发明所要解决的问题是利用联苯氰类液晶和常见的小分子液晶及手性化合物混配成实现一个液晶体系具有近晶相和胆甾相两种液晶相，这两种液晶相温度范围较宽，液晶体系的熔点较低，并且近晶相到胆甾相转变温度可调。
一种具有近晶相—胆甾相转变的液晶混合物的制备方法，其材料是联苯氰类液晶(8CB、10CB、11CB、12CB)及小分子液晶混合物SLC1717等。其特征是首先将8CB与10CB按不同比例混合，使用示差扫描量热仪(DSC)和偏光显微镜(POM)测出相转变。从中得出结晶点最低的两种物质的配比，固定此配比不变，再与11CB按不同比例进行混配，用同样的方法测出相转变，得出结晶点最低的配比。再固定8CB、10CB、11CB三种物质的配比与12CB的混配用同样的方法测出相转变，得出结晶点最低的配比。通过这四种材料之间的相图的绘制可以得出具有最低结晶点的混晶的配比。加入SLC1717和手性化合物S811之后，体系的相转变温度发生变化，获得具有较宽的液晶相温度范围的液晶体系，并且近晶相到胆甾相转变的温度可调。
其制作步骤为：
(1)将8CB与10CB按不同比例混合，使用示差扫描量热仪(DSC)测量和带热台的偏光显微镜(POM)观察分析，作出相图，确定结晶态(Cr)—近晶相(SmA)转变温度最低的配比为；8CB:10CB＝7:3；
(2)固定8CB与10CB的配比，然后与11CB混合，使用DSC测量和POM观察作出相图，确定Cr—SmA转变温度最低的配比为：8CB:10CB:11CB＝5.6:2.4:2；
(3)固定8CB、10CB与11CB的配比，然后与12CB混合，同样使用DSC测量和POM观察的方法作出相图，确定Cr—SmA转变温度最低的配比为：8CB:10CB:11CB:12CB＝5.04:2.16:1.8:1；
从以上测量中可以得出具有最低熔点的8CB、10CB、11CB和12CB的配比，但向列相的温度范围较窄。为了扩大体系向列相的温度范围，通过加入SLC1717可以得到较宽的向列相温度范围，并且清亮点也有所提高。将8CB、10CB、11CB和12CB按着5.04:2.16:1.8:1混合后再加入SLC1717，(8CB、10CB、11CB、12CB)与SLC1717的重量百分比为75-100～25-0。
为了实现由近晶相到胆甾相的转变，将8CB、10CB、11CB和12CB按5.04：2.16:1.8:1混合后加入手性化合物S811，就可以实现近晶相到胆甾相转变。(8CB、10CB、11CB、12CB、SLC1717)与S811的重量百分比为91-95～9-5。从相转变的测量中可以得出，S811的加入使清亮点会稍微有所下降，但对近晶相到胆甾相转变温度基本没有影响。因此，我们可以通过调节体系的SLC1717的含量来控制近晶相到胆甾相转变温度。
本发明的有益效果在于：
(1)将8CB、10CB和11CB按实施例中比例混合，使液晶混合物具有最低的熔点；
(2)加入少量的小分子液晶即可调节近晶相到胆甾相的转变，可以实现大范围的调节相转变温度；
(3)液晶混合物中的单体液晶价格较低，从而降低了成本。
具体实施方式
表1为本发明所用的材料。
表1、本发明所用的材料
实施例1.1、8CB/10CB体系相变
分别称取8CB和10CB，按表2配成不同浓度的液晶体系，然后用DSC和POM分别测量不同体系的相转变温度，所得结果列于表2。从实验结果可以看出，当8CB:10CB＝7:3的时候结晶点最低，体系的液晶相温度范围为41.69K，由近晶相转变为向列相的温度为312.64K。
表2、8CB/10CB体系的相转变温度
实施例1.2、(8CB/10CB)/11CB体系相变
分别称取8CB、10CB和11CB，按表3配成不同浓度的液晶体系溶液，然后用DSC和POM分别测量不同体系的相转变温度，所得结果列于表3。从实验结果可以看出，当8CB:10CB:11CB＝5.6:2.4:2的时候结晶点最低，体系的液晶相温度范围为54.54K，由近晶相转变为向列相的温度约为311.15K。
表3、8CB/10CB/12CB体系的相转变温度
实施例1.3、(8CB/10CB/11CB)/12CB体系相变
将8CB、10CB和11CB按5.6:2.4:2混合，然后，按表4分别加入12CB，配成不同浓度的体系溶液，用DSC和POM分别测量不同体系的相转变温度，所得结果列于表4。从实验结果可以看出，当8CB:10CB:11CB:12CB＝5.04:2.16:1.8:1时候结晶点最低，体系的液晶相温度范围为54.54K，近晶相转变为向列相的转变温度约为318.35K。
表4、8CB/10CB/11CB/12CB体系的相转变温度
实施例2、加入SLC1717体系相变
将8CB、10CB、11CB和12CB按着5.04:2.16:1.8:1混合，为了扩大体系向列相的温度范围，按着表5分别加入不同比例的SLC1717，配成不同浓度的液晶体系，用DSC和POM分别测量不同体系的相转变温度，所得结果列于表5。从实验结果可以看出，随着SLC1717比例的增加，向列相的温度范围逐渐增宽，清亮点逐渐提高，最高到328.35K，近晶相转变为向列相的转变温度逐渐降低，最低到304.65K，结晶点逐渐降低，最低到252.15K。
表5、SLC1717对8CB/10CB/11CB/12CB体系相转变温度的影响
实施例3、加入S811体系相变
将(8CB、10CB、11CB、12CB)以8:2混合，为了实现由近晶相到胆甾相的转变，按着表6分别加入不同比例的S811，配成不同浓度的液晶体系，用DSC和POM分别测量不同体系的相转变温度，所得结果列于表6。从实验结果可以看出，加入S811后体系的清亮点和近晶相到胆甾相的转变温度都略有降低，但S811的加入量对体系的相转变温度影响不大。
表6、S811对8CB/10CB/11CB/12CB体系相转变温度的影响
Claims (4)
1.一种具有近晶相—胆甾相转变的液晶混合物的制备方法，其特征在于：首先将8CB与10CB按不同比例混合，使用示差扫描量热仪和偏光显微镜测出相转变；从中得出结晶点最低的两种物质的配比，固定此配比不变，再与11CB按不同比例进行混配，用同样的方法测出相转变，得出结晶点最低的配比；再固定8CB、10CB、11CB三种物质的配比与12CB的混配，用同样的方法测出相转变，得出结晶点最低的配比；通过8CB、10CB、11CB与12CB四种材料之间的相图的绘制得出具有最低结晶点的混晶的配比；加入SLC1717和手性化合物S811之后，体系的相转变温度发生变化，获得具有较宽的液晶相温度范围的液晶体系，并且近晶相到胆甾相转变的温度可调。
2.如权利要求1所述一种具有近晶相—胆甾相转变的液晶混合物的制备方法，其特征在于8CB与10CB的结晶点最低的配比为7:3。
3.如权利要求1所述一种具有近晶相—胆甾相转变的液晶混合物的制备方法，其特征在于8CB，10CB与11CB的结晶点最低的配比为5.6:2.4：1。
4.如权利要求1所述一种具有近晶相—胆甾相转变的液晶混合物的制备方法，其特征在于8CB，10CB，11CB与12CB的结晶点最低的配比为5.04：2.16：1.8:1。
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