CN114106849B - 一种含有共轭烯化合物的液晶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液晶组合物，包含该液晶组合物的高频组件、微波天线阵列，属于液晶天线领域。本发明的液晶组合物包含一种或多种式Ⅰ所示化合物、一种或多种式Ⅱ所示化合物，以及一种或多种式Ⅲ所示的化合物。本发明的液晶组合物具有较高的介电调谐率、较低的介电损耗以及良好的低温互溶性。

Description

一种含有共轭烯化合物的液晶组合物及其应用
技术领域
本发明属于液晶天线技术领域，更具体地，涉及含有共轭烯化合物的液晶组合物，以及包含有该液晶组合物的高频组件及微波天线阵列。
背景技术
近年来，具有低介电损耗和高介电调谐率的液晶材料在滤波器、移相器、相控阵雷达、5G通信网络等液晶微波器件技术中的应用备受关注。而作为微波器件核心的调谐材料，液晶材料的介电调谐率决定微波器件的调谐能力。对液晶材料而言，其介电调谐率(τ)由液晶材料在微波下的介电各向异性(Δε)及分子平行方向的介电常数(ε∥)所决定：
τ＝Δε/ε∥
液晶材料的介电损耗是影响其微波器件插入损耗的一个重要因素。为了获得高品质的液晶微波器件，必须降低液晶材料的介电损耗。对于液晶材料，损耗角正切随着液晶分子指向随电场指向的不同而不同，即液晶分子长轴与短轴方向的损耗不同，在计算液晶材料介电损耗时，一般采用其损耗角正切最大值max(tanδ∥,tanδ⊥)作为液晶材料的介电损耗。
为了综合评价液晶材料在微波下的性能参数，引入品质因子(η)参数：
η＝τ/max(tanδ∥,tanδ⊥)
即液晶材料的介电调谐率越大、介电损耗越小，品质因子就越大，说明液晶材料的微波性能越好。
液晶材料的向列相温度范围决定着液晶微波器件的工作温度范围，液晶材料的向列相温度区间越宽意味着微波器件的工作温度范围越宽。
由于液晶材料在高频下介电常数与液晶的双折射率相关，如下式所示：
为获得较高的介电常数，还需要液晶材料具有高双折射率。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明人等进行了深入研究，发现本发明的液晶组合物具有较高的介电调谐率、较低的介电损耗和良好的低温互溶性。
本发明还提供含有该液晶组合物的高频组件，以及微波天线阵列。
具体地，本发明包含以下内容：
本发明的第一方面，提供一种含有共轭烯化合物的液晶组合物，其包含：
一种或多种式Ⅰ所示化合物、一种或多种式Ⅱ所示化合物，以及一种或多种式Ⅲ所示的化合物，
其中，R1、R2、R3各自独立的表示碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为2-10的链烯基，且所述基团中任意一个或多个-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代；
各自独立的表示/>
Z1、Z2、Z3各自独立地表示-C≡C-或单键；
L1～L8各自独立地表示F、H或CH3；
n表示0或1，当n＝0时，Z1表示单键。
本发明的另一方面，提供一种高频组件，其包含本发明的液晶组合物。
本发明的又一方面，提供一种微波天线阵列，其包含本发明的高频组件。
本发明的液晶组合物通过含有一种或多种式Ⅰ所示的化合物、一种或多种式Ⅱ所示的化合物，以及一种或多种式Ⅲ所示的化合物的组合，具有较高的介电调谐率、较低的介电损耗和良好的低温互溶性的特点。
本发明的高频组件、微波天线阵列通过包含本发明的液晶组合物，具有更高的移相度、更低的插入损耗和更宽的工作温度范围。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种含有共轭烯化合物的液晶组合物，其含有一种或多种式Ⅰ所示化合物、一种或多种式Ⅱ所示化合物，以及一种或多种式Ⅲ所示化合物，
其中，R1、R2、R3各自独立的表示碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为2-10的链烯基，且所述基团中任意一个或多个-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代；
各自独立的表示/>
Z1、Z2、Z3各自独立地表示-C≡C-或单键；
L1～L8各自独立地表示F、H或CH3；
n表示0或1，当n＝0时，Z1表示单键。
优选的，所述式Ⅰ所示化合物质量百分比含量为50～80％，所示式Ⅱ所示化合物质量百分比含量为10～40％，所述式Ⅲ所示化合物质量百分比含量为1～20％。
优选的，所述式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ1至式Ⅰ5所示化合物组成的组，
式Ⅰ1至式Ⅰ5中，R1各自独立的表示碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为2-10的链烯基，且所述基团中任意一个或多个-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代。
进一步优选的，所述式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ1-1至式Ⅰ5-5所示化合物组成的组，
优选的，所述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ1至式Ⅱ2所示化合物组成的组，
式Ⅱ1至式Ⅱ2中，R2各自独立的表示碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为2-10的链烯基，且所述基团中任意一个或多个-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代。
进一步优选的，所述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ1-1至式Ⅱ2-5所示化合物组成的组，
优选的，所述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1至式Ⅲ4所示化合物组成的组，
其中，R3表示碳原子数为1-10的烷基或碳原子数为2-10的链烯基，且所述基团中任意一个或多个-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代。
进一步优选的，所述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1-1至式Ⅲ4-5所示化合物组成的组，
本发明还提供了一种高频组件，其含有前述液晶组合物。
优选的，前述高频组件是基于液晶的天线元件、移相器或可调谐滤波器。
本发明还提供了一种微波天线阵列，其含有前述高频组件。
实施例
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法，所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得，百分比均是指质量百分比，温度为摄氏度(℃)，液晶化合物也成为液晶单体，其他符号的具体意义及测试条件如下：
液晶组合物的制备方法如下：将各液晶单体按照一定配比称量后放入不锈钢烧杯中，将装有各液晶单体的不锈钢烧杯置于磁力搅拌仪器上加热融化，待不锈钢烧杯中的液晶单体融化后，往不锈钢烧杯中加入磁力转子，将混合物搅拌均匀，冷却到室温后即得液晶组合物。
液晶在高频下性能采用文献报道的测试方法：Penirschke，A.(2004).Cavityperturbation method for characterization of liquid crystals up to35GHz.Microwave Conference，2004.34thEuropean。
将液晶引入聚四氟乙烯(PTFE)或熔融石英毛细管中，将经填装的毛细管引入具有5GHz的共振频率的腔室的中部。然后施加输入信号源，用矢量网络分析器来记录输出信号的结果。测量填装有液晶的毛细管与空白毛细管之间的共振频率与Q因子的变化，计算得到介电常数和损耗角正切值。垂直和平行于液晶指向矢的介电常数分量通过液晶在磁场中的配向来获得，相应地设置磁场的方向，并随后相应地旋转90°。
本发明实施例中使用的液晶单体结构用代码表示，液晶环结构、端基、连接基团的代码表示方法见下表1、表2：
表1：环结构的对应代码
表2：端基与链接基团的对应代码
举例：
其代码为PWU-3-S；
其代码为PPWU-3-S；
其代码为PWPU-3-S；
其代码为PPU-3-S；
其代码为PU-3-S；
其代码为CPWU-3-S；
其代码为CPU-3-S；
其代码为PGXP-Cpr1-V1；
其代码为PGGX-3-V1；
实施例1：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表3所示。
表3：实施例1的液晶组合物的配方及相应的性能
实施例2：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表4所示。
表4：实施例2的液晶组合物的配方及相应的性能
实施例3：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表5所示。
表5：实施例3的液晶组合物的配方及相应的性能
实施例4：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表6所示。
表6：实施例4的液晶组合物的配方及相应的性能
实施例5：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表7所示。
表7：实施例5的液晶组合物的配方及相应的性能
对比例1：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表8所示。
表8：对比例1的液晶组合物的配方及相应的性能
对比例2：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表9所示。
表9：对比例2的液晶组合物的配方及相应的性能
/>
对比例3：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表10所示。
表10：对比例3的液晶组合物的配方及相应的性能
/>
对比例4：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表11所示。
表11：对比例4的液晶组合物的配方及相应的性能
对比例5：
液晶组合物的配方及相应的性能如下表12所示。
表12：对比例5的液晶组合物的配方及相应的性能
/>
通过上述实施例可以看出，本发明实施例提供的液晶组合物具有高介电调谐率、低介电损耗和良好的低温互溶性。并且，与对比例提供的液晶组合物对比，可以明显看出，实施例提供的液晶组合物具有更高的介电调谐率τ、更低的介电损耗tanδ⊥。因此，包含实施例液晶组合物的高频组件、微波天线阵列具有更高的移相度、更低的插入损耗和更宽的工作温度范围。

Claims (4)

1.一种含有共轭烯化合物的液晶组合物，其特征在于，其包含：
一种或多种式Ⅰ所示化合物、一种或多种式Ⅱ所示化合物，以及一种或多种式Ⅲ所示的化合物，
所述式Ⅰ所示化合物选自式Ⅰ1至式Ⅰ5所示化合物组成的组，
式Ⅰ1至式Ⅰ5中，R1各自独立的表示碳原子数为1-10的烷基；
所述式Ⅱ所示化合物选自式Ⅱ1至式Ⅱ2所示化合物组成的组，
式Ⅱ1至式Ⅱ2中，R2各自独立的表示碳原子数为1-10的烷基；
所述式Ⅲ所示化合物选自式Ⅲ1至式Ⅲ2所示化合物组成的组，
其中，R3表示碳原子数为1-10的烷基，且所述基团中任意一个-CH2-任选被亚环戊基、亚环丁基或亚环丙基替代。
2.一种高频组件，其特征在于，其包含权利要求1中所述的液晶组合物。
3.根据权利要求2所述的高频组件，其特征在于，所述高频组件是基于液晶的天线元件、移相器或可调谐滤波器。
4.一种微波天线阵列，其特征在于，其包含权利要求2或3中的高频组件。
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