CN109180685B - 一种液晶材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及液晶材料技术领域,尤其是涉及一种具有AIE性能的发光液晶材料及其制备方法和应用。
背景技术
光对于人类是不可或缺的,人们不断努力开发了种类繁多的有机发光材料。传统有机发光材料在稀溶液中可认为是没有分子间相互作用的孤立分子,因此可以高效的发光。而在浓溶液中,由于分子间形成聚集体导致聚集诱导淬灭(Aggreation-causedquenching,ACQ),造成发光变弱,这一现象极大的限制了有机发光材料的应用,特别是对于发光液晶材料。
发光液晶材料自组装可形成液晶相,液晶相是一种排列有序的聚集体,因聚集而导致发光变弱的现象极大限制了发光液晶材料的应用。近年来,发现了一种新型的有机发光材料,其不同于传统材料因聚集而导致发光变弱,这种新型材料因聚集而导致发光增强,这种现象被称为聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)。具有聚集诱导发光(AIE)性质的液晶材料聚集形成排列有序的液晶相后仍能高效的发光,极大的解放了发光液晶材料的应用瓶颈。因此,发开具有聚集诱导发光(AIE)性质的液晶材料具有重要的应用价值(Zhao D,Fan F,Cheng J,et al.Advanced Optical Materials,2015,3(2):199-202.Zhao D,He H,Gu X,et al.Advanced Optical Materials,2016,4(4):534-539.WangY,Liao Y,Cabry C P,et al.Journal of Materials Chemistry C,2017,5(16).Bui H T,Kim J,Kim H J,et al.Journal of Physical Chemistry C,2016,120(47))。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种液晶材料,所述液晶材料为具有AIE性能的发光液晶材料,加热融化后降至一定温度,形成排列有序的液晶相后仍能高效的发光。
本发明的第二目的在于提供一种液晶材料的制备方法,所述制备方法操作简单、条件温和,适用于大规模生产。
本发明的第三目的在于提供一种液晶材料在近晶相液晶显示器件或调光器件中的应用。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
一种液晶材料,其结构式如下:
所述R1、R2、R3和R4中至少一个选自烷基酯,所述烷基酯中烷基碳数≥6。
本发明所述的液晶材料,其包括具有AIE性能的核心结构,加热融化后降至一定温度,能够排列成有序的液晶相,并且利用具有AIE性能的核心结构,在形成液晶相这种聚集体后仍能高效发光,克服了现有技术中发光液晶相因聚集导致的发光变弱的问题。
优选的,所述液晶材料中,R1和R4为氢,R2和R3各自独立的选自烷基酯。
优选的,所述R2和R3各自独立的为COOCnH2n+1,其中n为6-20之间的整数。更优选的,所述n为8-16之间的整数,进一步优选的,所述n为10-12之间的整数。本发明研究发现,在n<6的情况下对应的化合物,不是液晶材料。
如在不同实施例中,n可以为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20。
优选的,所述R2和R3均为COOCnH2n+1。
本发明还提供了一种所述液晶材料的制备方法,包括如下步骤:
其中,所述X和Y均各自独立的选自氢、脂肪族或芳香族官能团;
所述X和Y中至少一个选自烷基酯,所述烷基酯中烷基碳数≥6。
本发明所述的液晶材料的制备方法,通过一步反应即可制得,操作方法简单,条件温和。
优选的,所述Y为氢。即原料为苯甲醛。
优选的,所述X选自烷基酯。
优选的,所述X为COOCnH2n+1,其中n为6-20之间的整数。更优选的,所述n为8-16之间的整数,进一步优选的,所述n为10-12之间的整数。
如在不同实施例中,n可以为6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20。
优选的,用乙酸洗涤后,采用二氯甲烷或三氯甲烷与乙酸乙酯的混合溶液对滤饼进行重结晶,干燥,得到所述液晶材料。
优选的,所述重结晶中,二氯甲烷和乙酸乙酯的体积比为(2-3)﹕1。
优选的,所述重结晶中,三氯甲烷和乙酸乙酯的体积比为(1-2)﹕1。
本发明还提供了一种所述的液晶材料在近晶相液晶显示器件或调光器件中的应用。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明提供了一种新型液晶材料,所述液晶材料具有聚集诱导发光的性质,在形成液晶相这种排列有序的聚集体后仍能高效的发光;
(2)本发明所述的液晶材料的制备方法,通过一步反应即可制得,操作简便,条件温和;
(3)本发明所述的液晶材料的制备方法,通过对原料进行更换,可制备得到多种具有聚集诱导发光核心结构的液晶材料,可适性好;
(4)本发明所述的液晶材料可用于近晶相液晶显示器件或调光器件中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的液晶材料DPP-C6的核磁共振氢谱图;
图2为本发明实施例1制备得到的液晶材料DPP-C6的核磁共振碳谱图;
图3为本发明实施例2制备得到的液晶材料DPP-C7的核磁共振氢谱图;
图4为本发明实施例2制备得到的液晶材料DPP-C7的核磁共振碳谱图;
图5为本发明实施例3制备得到的液晶材料DPP-C8的核磁共振氢谱图;
图6为本发明实施例3制备得到的液晶材料DPP-C8的核磁共振碳谱图;
图7为本发明实施例4制备得到的液晶材料DPP-C12的核磁共振氢谱图;
图8为本发明实施例4制备得到的液晶材料DPP-C12的核磁共振碳谱图;
图9A为本发明实施例1制备得到的液晶材料DPP-C6在THF/H2O混合溶剂中,在不同水含量(fw)时的荧光光谱图,激发波长:322nm,[DPP-C6]=1×10-5mol/L;
图9B为本发明实施例1制备得到的液晶材料DPP-C6在THF/H2O混合溶剂中,在不同水含量(fw)时的I/I0比值图谱,I0是纯THF溶液中的发光强度;
图10A为本发明实施例4制备得到的液晶材料DPP-C12在THF/H2O混合溶剂中,在不同水含量(fw)时的荧光光谱图,激发波长:322nm,[DPP-C12]=1×10-5mol/L;
图10B为本发明实施例4制备得到的液晶材料DPP-C12在THF/H2O混合溶剂中,在不同水含量(fw)时的I/I0的比值图谱,I0是纯THF溶液中的发光强度;
图11为本发明实施例1制备得到的液晶材料DPP-C6在形成液晶相状态下的POM图;
图12为本发明实施例2制备得到的液晶材料DPP-C7在形成液晶相状态下的POM图;
图13为本发明实施例3制备得到的液晶材料DPP-C8在形成液晶相状态下的POM图;
图14为本发明实施例4制备得到的液晶材料DPP-C12在形成液晶相状态下的POM图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,但是本领域技术人员将会理解,下列所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种液晶材料,所述液晶材料的结构式如下:
所述DPP-C6的合成路线如下:
所述制备方法包括如下步骤:
向反应瓶中依次加入50mL乙酸,5.0g(0.023mol)4-氨基苯甲酸正己酯,2.4g(0.023mol)苯甲醛,0.40g(0.0023mol)对甲苯磺酸。将上述混合溶液加热到90℃并搅拌30min后,开始滴加0.97g(0.0113mol)2,3-丁二酮。滴加完成后继续搅拌反应3h,反应结束后,将反应溶液冷却至室温,进行抽滤,滤饼反复用乙酸洗涤。将得到的粗产物滤饼用体积比为2﹕1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶液进行重结晶,获得淡黄色固体产物0.84g。
对制备得到的液晶材料DPP-C6进行表征,数据如下:
核磁共振氢谱如图1所示,1H NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):8.03(d,J=8.0Hz,4H),7.32(d,J=8.0Hz,4H),7.24(m,10H),6.47(s,2H),4.31(t,J=8.0Hz,4H),1.76(m,4H),1.45(m,4H),1.34(m,8H),0.91(t,J=4.0Hz,6H)。
核磁共振碳谱如图2所示,13C NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):166.17,143.70,136.05,133.20,131.29,130.66,128.44,128.33,127.41,126.74,124.39,96.44,65.27,31.50,28.73,25.76,22.58,14.05。
MALDI-MS(m/z):计算分子量为666.35,质谱表征结果为666.09。上述结构表征结果表明合成的化合物是DPP-C6。
实施例2
本实施例提供了一种液晶材料,所述液晶材料的结构式如下:
所述DPP-C7的合成路线如下:
所述制备方法包括如下步骤:
向反应瓶中依次加入50mL乙酸,5.4g(0.023mol)4-氨基苯甲酸正庚酯,2.4g(0.023mol)苯甲醛,0.40g(0.0023mol)对甲苯磺酸。将上述混合溶液加热到90℃并搅拌30min后,开始滴加0.97g(0.0113mol)2,3-丁二酮。滴加完成后继续搅拌反应3h,反应结束后,将反应溶液冷却至室温,进行抽滤,滤饼反复用乙酸洗涤。将得到的粗产物滤饼用体积比为2﹕1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶液进行重结晶,获得淡黄色固体产物0.84g。
对制备得到的液晶材料DPP-C7进行表征,数据如下:
核磁共振氢谱如图3所示,1H NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):8.03(d,J=8.0Hz,4H),7.33(d,J=8.0Hz,4H),7.23(m,10H),6.48(s,2H),4.31(t,J=8.0Hz,4H),1.77(t,J=8.0Hz,4H),1.35(m,16H),0.90(t,J=8.0Hz,6H)。
核磁共振碳谱如图4所示,13C NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):166.17,143.70,136.05,133.20,131.29,130.66,128.44,128.33,127.41,126.74,124.39,96.44,65.28,31.76,29.00,28.78,26.06,22.63,14.10。
MALDI-MS(m/z):计算分子量为694.38,质谱表征结果为694.92。上述结构表征结果表明合成的化合物是DPP-C7。
实施例3
本实施例提供了一种液晶材料,所述液晶材料的结构式如下:
所述DPP-C8的合成路线如下:
所述制备方法包括如下步骤:
向反应瓶中依次加入50mL乙酸,5.7g(0.023mol)4-氨基苯甲酸正辛酯,2.4g(0.023mol)苯甲醛,0.40g(0.0023mol)对甲苯磺酸。将上述混合溶液加热到90℃并搅拌30min后,开始滴加0.97g(0.0113mol)2,3-丁二酮。滴加完成后继续搅拌反应3h,反应结束后,将反应溶液冷却至室温,进行抽滤,滤饼反复用乙酸洗涤。将得到的粗产物滤饼用体积比为2﹕1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶液进行重结晶,获得淡黄色固体产物0.88g。
对制备得到的液晶材料DPP-C8进行表征,数据如下:
核磁共振氢谱如图5所示,1H NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):8.03(d,J=8.0Hz,4H),7.32(d,J=8.0Hz,4H),7.24(m,10H),6.47(s,2H),4.31(t,J=8.0Hz,4H),1.76(m,4H),1.44(t,J=8.0Hz,4H),1.31(m,16H),0.88(t,J=4.0Hz,6H)。
核磁共振碳谱如图6所示,13C NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):166.16,143.70,136.05,133.20,131.29,130.66,128.44,128.33,127.41,126.74,124.39,96.43,65.28,31.82,29.28,29.22,28.77,26.08,22.67,14.12。
MALDI-MS(m/z):计算分子量为722.41,质谱表征结果为722.92。上述结构表征结果表明合成的化合物是DPP-C8。
实施例4
本实施例提供了一种液晶材料,所述液晶材料的结构式如下:
所述DPP-C12的合成路线如下:
所述制备方法包括如下步骤:
向反应瓶中依次加入50mL乙酸,7.0g(0.023mol)4-氨基苯甲酸正十二酯,2.4g(0.023mol)苯甲醛,0.40g(0.0023mol)对甲苯磺酸。将上述混合溶液加热到90℃并搅拌30min后,开始滴加0.97g(0.0113mol)2,3-丁二酮。滴加完成后继续搅拌反应3h,反应结束后,将反应溶液冷却至室温,进行抽滤,滤饼反复用乙酸洗涤。将得到的粗产物滤饼用体积比为2﹕1的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶液进行重结晶,获得淡黄色固体产物1.15g。
对制备得到的液晶材料DPP-C12进行表征,数据如下:
核磁共振氢谱如图7所示,1H NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):8.03(d,J=8.0Hz,4H),7.32(d,J=8.0Hz,4H),7.24(m,10H),6.47(s,2H),4.31(t,J=8.0Hz,4H),1.76(m,4H),1.43(m,4H),1.36(m,32H),0.88(t,J=4.0Hz,6H)。
核磁共振碳谱如图8所示,13C NMR(400MHz,CDCl3),δ(ppm):166.16,143.70,136.05,133.20,131.29,130.66,128.44,128.33,127.41,126.74,124.39,96.43,65.28,31.93,29.67,29.62,29.56,29.37,29.33,28.77,26.08,22.71,14.14。
MALDI-MS(m/z):计算分子量为834.53,质谱表征结果为834.42。上述结构表征结果表明合成的化合物是DPP-C12。
下述实施例及实验例中,所用的试剂及仪器设备信息如下:
4-氨基苯甲酸正己酯,分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;
苯甲醛,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;
乙酸,分析纯,北京化学试剂公司;
2,3-丁二酮,分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;
对甲基苯磺酸,分析纯,天津博迪化工股份有限公司;
二氯甲烷,分析纯,北京化学试剂公司;
乙酸乙酯,分析纯,北京化学试剂公司;
四氢呋喃,分析纯,北京化学试剂公司;
核磁共振波谱仪,Bruker AV 400,德国Bruker公司;
荧光分光光度计,F-7000,日本日立高新技术公司;
基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱仪,Autoflex III,德国Bruker公司;
热台偏光显微镜,Nikon LV100N,日本Nikon公司。
实验例1
为了测试本发明各实施例制备得到的液晶材料的发光性能,以四氢呋喃作为液晶材料的良溶剂,水作为不良溶剂,测定液晶材料在相同浓度条件下,在不同水含量条件下的荧光发射图谱来测定AIE性能。
具体操作如下:
1、分别称取各实施例中的液晶材料(以实施例1和实施例4的液晶材料DPP-C6和DPP-C12为例),分别配制液晶材料的浓度为1×10-3mol/L和1×10-4mol/L的四氢呋喃溶液;
2、取12个样品瓶,分别标号为1-12。向1-10号样品瓶分别加入300μL浓度为1×10- 4mol/L的液晶材料的四氢呋喃溶液,向11-12号样品瓶分别加入30μL浓度为1×10-3mol/L的液晶材料的四氢呋喃溶液;接着向1-12号样品瓶依次加入四氢呋喃2700μL、2400μL、2100μL、1800μL、1500μL、1200μL、900μL、600μL、300μL、0μL、120μL、0μL;最后向1-12号样品瓶依次加入去离子水0μL、300μL、600μL、900μL、1200μL、1500μL、1800μL、2100μL、2400μL、2700μL、2850μL、2970μL。即在1-12号样品瓶中成功配制出了液晶材料浓度均为1×10-5mol/L,水体积分数依次为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%的四氢呋喃和水的混合溶液;
3、对1-12号样品进行荧光发射光谱测试,激发波长为322nm,测试结果见图9A、9B、10A和10B,其分别是液晶材料DPP-C6在THF/H2O混合溶剂中,在不同水含量(fw)时的荧光光谱图、I/I0的比值图谱和液晶材料DPP-C12在THF/H2O混合溶剂中,在不同水含量(fw)时的荧光光谱图、I/I0的比值图谱。
从图9A和9B中可知,当DPP-C6的四氢呋喃和水的混合溶液中水体积分数超过90%时,荧光开始增强。当混合溶液中水的体积分数达到99%时,荧光强度达到最大值,相对初始值(水体积分数为0%)其荧光强度增强了7.0倍。这种荧光增强是由于聚集导致的,即DPP-C6具有明显的AIE性质。
从图10A和10B中可知,当DPP-C12的四氢呋喃和水的混合溶液中水体积分数超过90%时,荧光开始增强。当混合溶液中水的体积分数达到99%时,荧光强度达到最大值,相对初始值(水体积分数为0%)其荧光强度增强了5.4倍。这种荧光增强是由于聚集导致的,即DPP-C12具有明显的AIE性质。
实验例2
实验例2对本发明各实施例制备得到的液晶材料的液晶性能,具体测试方法如下。
取适量DPP-C6样品放置在载玻片中心,并附加上盖玻片。在热台偏光显微镜下对DPP-C6样品进行加热,加热速率范围为1-10℃/min,在不同加热速率的加热过程中均没有观察到液晶相的形成,即DPP-C6在升温过程中不能形成液晶相。将DPP-C6样品加热至融化状态(180℃以上)后,以0.5-3℃/min的降温速率进行降温操作,在偏光显微镜下均能观察到明暗交错的具有双折射现象的液晶相形成,所形成的是近晶相液晶。液晶材料DPP-C6在形成液晶相状态下的POM图如图11所示。
取适量DPP-C7样品放置在载玻片中心,并附加上盖玻片。在热台偏光显微镜下对DPP-C7样品进行加热,加热速率范围为1-10℃/min,在不同加热速率的加热过程中均没有观察到液晶相的形成,即DPP-C7在升温过程中不能形成液晶相。将DPP-C7样品加热至融化状态(180℃以上)后,以0.5-3℃/min的降温速率进行降温操作,在偏光显微镜下均能观察到明暗交错的具有双折射现象的液晶相形成,所形成的是近晶相液晶。液晶材料DPP-C7在形成液晶相状态下的POM图如图12所示。
取适量DPP-C8样品放置在载玻片中心,并附加上盖玻片。在热台偏光显微镜下对DPP-C8样品进行加热,加热速率范围为1-10℃/min,在不同加热速率的加热过程中均没有观察到液晶相的形成,即DPP-C8在升温过程中不能形成液晶相。将DPP-C8样品加热至融化状态(170℃以上)后,以0.5-3℃/min的降温速率进行降温操作,在偏光显微镜下均能观察到明暗交错的具有双折射现象的液晶相形成,所形成的是近晶相液晶。液晶材料DPP-C8在形成液晶相状态下的POM图如图13所示。
取适量DPP-C12样品放置在载玻片中心,并附加上盖玻片。在热台偏光显微镜下对DPP-C12样品进行加热,加热速率范围为1-10℃/min,在不同加热速率的加热过程中均没有观察到液晶相的形成,即DPP-C12在升温过程中不能形成液晶相。将DPP-C12样品加热至融化状态(150℃以上)后,以0.5-3℃/min的降温速率进行降温操作,在偏光显微镜下均能观察到明暗交错的具有双折射现象的液晶相形成,所形成的是近晶相液晶。液晶材料DPP-C12在形成液晶相状态下的POM图如图14所示。
其中,各液晶材料均是在5℃/min加热速率,及2℃/min降温速率的条件下拍摄的POM图。
从上述性能测试结果可知,本发明所述的液晶材料,加热融化后降温至一定温度,形成排列有序的液晶相后仍能高效的发光。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的液晶材料,其特征在于,所述n为8-16之间的整数。
3.根据权利要求1所述的液晶材料,其特征在于,所述n为10-12之间的整数。
7.根据权利要求5所述的液晶材料的制备方法,其特征在于,所述溶剂为乙酸。
9.根据权利要求7所述的液晶材料的制备方法,其特征在于,用乙酸洗涤后,采用二氯甲烷或三氯甲烷与乙酸乙酯的混合溶液对滤饼进行重结晶,干燥,得到所述液晶材料。
10.权利要求1-3任一项所述的液晶材料在近晶相液晶显示器件或调光器件中的应用。
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