WO2010078631A2 - Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств - Google Patents

Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств Download PDF

Info

Publication number
WO2010078631A2
WO2010078631A2 PCT/AZ2009/000005 AZ2009000005W WO2010078631A2 WO 2010078631 A2 WO2010078631 A2 WO 2010078631A2 AZ 2009000005 W AZ2009000005 W AZ 2009000005W WO 2010078631 A2 WO2010078631 A2 WO 2010078631A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid crystal
composite
polymer
nematic
crystal composite
Prior art date
Application number
PCT/AZ2009/000005
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Газанфар Музаффар оглы БАЙРАМОВ
Аббас Рагим оглы ИМАМАЛИЕВ
Тахир Джумшуд оглы ИБРАГИМОВ
Абель Мамедали оглы МАГЕРРАМОВ
Original Assignee
Бакинский Государственный Университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бакинский Государственный Университет filed Critical Бакинский Государственный Университет
Priority to EP09837237A priority Critical patent/EP2338950A2/de
Publication of WO2010078631A2 publication Critical patent/WO2010078631A2/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
    • C09K19/12—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings at least two benzene rings directly linked, e.g. biphenyls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
    • C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
    • C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
    • C09K19/22—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a chain containing carbon and nitrogen atoms as chain links, e.g. Schiff bases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/54—Additives having no specific mesophase characterised by their chemical composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/54—Additives having no specific mesophase characterised by their chemical composition
    • C09K19/542—Macromolecular compounds
    • C09K19/544—Macromolecular compounds as dispersing or encapsulating medium around the liquid crystal

Definitions

  • the invention relates to physical and colloidal chemistry, namely liquid crystal composite materials intended for use in electro-optical and photonic devices.
  • Inventions are known for composites of liquid crystal and polymer, where droplets of liquid crystal are dispersed in a polymer medium [1, 2], which are called polymer-dispersed liquid crystals and can be used in the manufacture of thermal indicators, flexible displays, etc.
  • Liquid crystal composites of a different kind are also known, where the nematic liquid crystal is the matrix (dispersing medium) [3], and the dispersible particles are carbon nanotubes that are efficiently oriented by liquid crystal molecules.
  • the closest to the present invention is a colloidal liquid crystal composite, consisting of 4,4'-pentylcyanobiphenyl as a liquid crystal medium, small (submicron) particles of polymethyl methacrylate as a dispersible substance and polyhydrostearic acid as a stabilizer, i.e. . surfactants that prevent aggregation of polymer particles [4].
  • the disadvantage of this invention is that the original structure of the composite described in the prototype is not restored after a heating-cooling cycle (nematic-isotropic-nematic).
  • the objective of the invention is to obtain a colloidal liquid crystal composite with a high degree of structural stability and improved values of some electro-optical characteristics.
  • the problem is achieved by the fact that in the nematic liquid crystals is added a polymer field (2-methyl-5-vinylpyridine) and a mesogenic stabilizing agent 4-n-heptyloxybenzoic acid.
  • the polymer dissolves in the liquid crystal. As it cools at a certain temperature, phase separation occurs: the nematic phase of the liquid crystal is released from the solution in the form of small droplets. With further cooling, the size of these droplets increases due to the narrowing of the polymer partitions between them.
  • a soft elastic body is obtained, consisting of large liquid crystal regions separated by thin polymer walls. The size of the liquid crystal regions, as well as the structure and thickness of the polymer walls, depend on the concentration of the polymer additive and the cooling rate. The critical concentration of the polymer, above which the liquid crystal composite is obtained, is x c ⁇ 7%. Note that in the preparation of a composite with the participation of a polymer field (2-methyl-5-vinylpyridine), the use of a mechanical stirrer or an ultrasonic disperser is not required.
  • the advantage of the obtained composites is that after the heating - cooling cycle (nematic - isotropic - nematic) the original texture is restored.
  • a nematic liquid crystal can be used with both positive (see Example 1) and negative dielectric constant anisotropy (Example T). This allows one to realize various electro-optical effects in the obtained composites (S- and B-effects, twist effect, dynamic light scattering, etc.).
  • Example 1 A liquid crystal composite was prepared by weighing the components and mixing them at a temperature of 60 - 70 0 C, consisting of components nematic liquid crystal 5CB - 86 wt.% polymer PMVP - 12 wt.% stabilizer NOVA - 2 wt.% with phase transitions Crust 2O 0 CN 34,5 0 C Iso, which has a positive anisotropy dielectric constant ( ⁇ > 0), therefore, it is possible to realize the S - effect and the twist effect in it.
  • a photograph of this composite taken in an electro-optical cell (sample thickness 12 ⁇ m) under a polarizing microscope shows that the colloidal composite consists of large areas of liquid crystals with an average size of about 10 ⁇ m, separated by polymer walls with a thickness of about 1 ⁇ m (Fig. 1).
  • the turn-off time of the electro-optical effect (for example, the S-effect) in the composite depends on the applied voltage and is approximately 5-6 times shorter than in the case of a pure 5CB liquid crystal (Fig. 2).
  • Example 2 A liquid crystal composite was prepared by weighing the components and mixing them at a temperature of 60 - 70 0 C, consisting of components of a nematic liquid crystal MBBA - 43 wt.% Nematic liquid crystal EBBA - 43 wt.% Polymer PMVP - 12 wt.% Stabilizer NOVA - 2 wt.% And phase transitions Crust -10 0 CN 55 0 C Iso, has a positive negative dielectric constant ( ⁇ ⁇ 0), therefore, it is possible to realize the B-effect in it.
  • the micrograph and the dependence of the off time on the voltage of the B-effect in this composite are shown in FIG. 3 and FIG. 4, respectively. And in this composite, the turn-off time of the B-effect weakly depends on the voltage and is significantly less (5–6 times) than that of the corresponding pure liquid crystal.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal Substances (AREA)

Abstract

Изобретение относится к жидкокристаллическим композитам, предназначенным для работы в элeктpooптичecкиx и фотонных устройствах. Предложенный композитный материал, полученный добавлением к нематичесскому жидкому кристаллу малых частиц полимера пoли(2-мeтил-5-винилпиpидин) и стабилизатора гептилоксибензойной кислоты с мезогенным свойством, обладает высокой стабипьностыо структуры и улучшенными электрооптическими параметрами.

Description

Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств
Изобретение относится к физической и коллоидной химии, а именно жидкокристаллическим композитным материалам, предназначенным для работы в электрооптических и фотонных устройствах.
Известны изобретения по композитам жидкого кристалла и полимера, где капельки жидкого кристалла диспергируются в полимерной среде [1, 2], которые называются полимерно-диспергированными жидкими кристаллами и могут быть использованы в производстве термоиндикаторов, гибких дисплеев и т.д. Также известны жидкокристаллические композиты другого рода, где матрицей (диспергирующей средой) служит нематический жидкий кристалл [3], а диспергиуемыми частицами являются карбоновые нанотрубки, которые эффективно ориентируются молекулами жидкого кристалла.
По техническим характеристикам и полученным результатам наиболее близким к настоящему изобретению является коллоидно-жидкокристаллический композит, состоящий из 4,4'-пeнтилциaнoбифeнил в качестве жидкокристаллической среды, малых (субмикронных) частиц полиметилметакрилата в качестве диспергируемого вещества и полигидростеариновой кислоты в качестве стабилизатора, т.е. поверхностно-активного вещества, предотвращающее агрегацию полимерных частиц [4].
Недостатком данного изобретения является то, что исходная структура композита, описанного в прототипе не восстанавливается после цикла нагревания-охлаждения (нематик-изотроп-нематик).
Задачей данного изобретения является получение коллоидно-жидкокристаллического композита с высокой степенью стабильности структуры и улучшенными значениями некоторых электрооптических характеристик.
Поставленная задача достигается тем, что в нематические жидкие кристаллы добавляется полимер пoли(2-мeтил-5-винилпиpидин) и мезогенный стабилизирующий агент 4-н-гeптилoкcибeнзoйнaя кислота.
При высоких температурах ( T > TNI , где Tш - точка перехода из нематического в изотропное состояние) полимер растворяется в жидком кристалле. По мере охлаждения при некоторой температуре происходит фазовое разделение: нематическая фаза жидкого кристалла выделяется из раствора в виде мельких капелек. При дальнейшем охлаждении размер этих капелек увеличиваются за счет сужения полимерных перегородок между ними. При комнатной температуре получается мягкое упругое тело, состоящее из больших жидкокристаллических областей, разделенных тонкими полимерными стенками. Размер жидкокристаллических областей, а также структура и толщина полимерных стенок зависят от концентрации полимерной добавки и скорости охлаждения. Критическая концентрация полимера, выше которой получается жидкокристаллический композит, составляет xc « 7 % . Отметим, что при приготовлении композита с участием полимера пoли(2-мeтил-5-винилпиpидин) не требуется использование механической мешалки или ультразвукового диспергатора.
Преимуществом полученных композитов является то, что после цикла нагрев — охлаждение (нематик - изотроп - нематик) исходная текстура восстанавливается. Кроме того, при приготовлении композита можно использовать нематический жидкий кристалл как с положительной (см. Пример 1), так и отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости (Пример T). Это позволяет осуществить разные электрооптические эффекты в полученных композитах (S- и В-эффекты, твист эффект, динамическое рассеяние света и т. д.).
При приготовлении композитов были использованы следующие жидкокристаллические и полимерные материалы:
1) жидкий кристалл 4,4'-пeнтилциaнoбифeнил (5CB, призводство фирмы MERCK) со структурной формулой
Figure imgf000003_0001
с температурами фазовых переходов Сrуsаl 21,5 0C Nетаtiс 35 0C Isоtrорiс и обладающей положительной анизотропией диэлектрической проницаемости Аε = 4-1 1,5 при 20, 0C.
2) жидкий кристалл 4-мeтoкcибeнзилидeн-4'-бyтилaнилин (MBBA, призводство фирмы MERCK) со структурной формулой
CH3O- <2>— CH =N— {θ^— C4H9 и с точками фазовых переходов Сrуsаl 220C Nетаtiс 470C Isоtrорiс и обладающей отрицательной диэлектрической анизотропией Аε = — 0,54 при 2O0C.
3) жидкий кристалл 4-этoкcибeнзилидeн-4'-бyтилaнилин (EBBA, призводство фирмы MERCK) со структурной формулой
2H5O— ( θ ) — CH =N — ( θ ) — C4H
\ /
и температурами фазовых переходов Сrуsаl 37,60C Nетаtiс 8O0C Isоtrорiс и обладающей отрицательной анизотропией диэлектрической проницаемости Аε = —0,54 при 2O 0C.
4) стабилизатор с мезогенной природой 4-н-гeптилoкcибeнзoйнoй кислоты (НОВА, призводство фирмы MERCK) со структурной формулой
C7H15O — \° / — COOH
5) полимер пoли(2-мeтил-5-винилпиpидин) (PMVP, призводство фирмы MERCK) со структурной формулой n
Figure imgf000004_0001
и температурой плавления T1n = 122 "С . Пример 1 : Приготавливался жидкокристаллический композит путем взвешивания компонентов и их смешивания при температуре 60 - 70 0C, состоящий из компонентов нематический жидкий кристалл 5CB - 86 мac.% полимер PMVP - 12 мac.% стабилизатор НОВА - 2 мac.% с фазовыми переходами Сrуst 2O0C N 34,50C Isо, обладающий положитель-ной анизотропией диэлектрической проницаемостью ( Аε > 0 ), поэтому в нем можно осуществить S - эффект и твист эффект.
Фотография данного композита, снятая в электрооптической ячейке (толщина образца 12 мкм) под поляризационным микроскопом показывает, что коллоидный композит состоит из больших областей жидких кристаллов со средним размером порядка 10 мкм, разделенных полимерными стенками толщиной порядка 1 мкм (Фиг.l). Время выключения электрооптического эффекта (например, S- эффекта) в композите зависит от приложенного напряжения и примерно в 5 - 6 раз меньше, чем в случае чистого жидкого кристалла 5CB (Фиг 2).
Пример 2: Пригатавливался жидкокристаллический композит пуем взвешивания компонентов и их смешивания при температуре 60 - 70 0C, состоящий из компонентов нематического жидкого кристалла MBBA - 43 мac.% нематического жидкого кристалла EBBA - 43 мac.% полимера PMVP - 12 мac.% стабилизатора НОВА - 2 мac.% и фазовыми переходами Сrуst -10 0C N 55 0C Isо, обладает положительной отрицательной диэлектрической проницаемостью ( Δε < 0 ), поэтому в нем можно осуществить B- эффект. Микрофотография и зависимость времени выключения от напряжения В-эффекта в данном композите показаны на Фиг.З и Фиг.4, соответственно. И в данном композите время выключения В-эффекта слабо зависит от напряжения и существенно меньше (в 5 - б раз) чем у соответствующего чистого жидкого кристалла.
Используемая литература
1. Оbеr C.K., Wеiss R. А. Роlуmеr disрегsеd liquid сrуstаls, Сопdепsеd Маttеr Nеws, 1992, v.l, N7, p.2O
2. Rеаmеу R.H., Маzzапti J. еt аll. Меthоd оf mакiпg liquid сrуstаl соmроsitе. Patent UK 1011703, 2002 3. Lее W., Gаu J. -Sh. еt аll. Liquid сrуstаl соmроsitе апd dеviсе соmрrisiпg thе sаmе, US
Patent 2008011983, 2008
4. Nакаmurа H., Crain J. Disрlау dеviсе апd ап еlесtrоорtiсаl dеviсе usiпg а соllоidаl liquid сrуstаl соmроsitе, US Patent 6620466, 2003

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств, содержащий нематический жидкий кристалл, отличающийся тем, что использовано пoли(2-мeтил-5-винилпиpидин) в качестве диспер- тируемого вещества и 4-н-гeптилoкcибeнзoйнaя кислота в качестве ста- близатора при следующем соотношении компонентов, мac.% : пoли(2-мeтил-5-винилпиpидин) 7 - 20
4-н-гeптилoкcибeнзoйнaя кислота 1 - 4 нематический жидкий кристалл остальное
PCT/AZ2009/000005 2008-08-20 2009-08-10 Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств WO2010078631A2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09837237A EP2338950A2 (de) 2008-08-20 2009-08-10 Kolloid-flüssigkristallverbundstoff für elektrooptische vorrichtungen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AZA20080166 2008-08-20
AZA20080166 2008-08-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010078631A2 true WO2010078631A2 (ru) 2010-07-15

Family

ID=42316882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AZ2009/000005 WO2010078631A2 (ru) 2008-08-20 2009-08-10 Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2338950A2 (ru)
EA (1) EA016136B1 (ru)
WO (1) WO2010078631A2 (ru)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3689592A1 (en) 2013-06-28 2020-08-05 President And Fellows Of Harvard College High-surface area material coated structures
KR20180132765A (ko) 2016-04-01 2018-12-12 프레지던트 앤드 펠로우즈 오브 하바드 칼리지 공조립을 통한, 고품질의, 티타니아, 알루미나 및 다른 금속 산화물 주형화 재료의 형성
WO2019068110A1 (en) 2017-09-29 2019-04-04 President And Fellows Of Harvard College IMPROVED CATALYTIC MATERIALS COMPRISING PARTIALLY INCORPORATED CATALYTIC NANOPARTICLES

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1011703A (en) 1962-11-06 1965-12-01 Jaroslav Prusek Aparatus for regulating the composition of electrolytes
US6620466B2 (en) 2000-04-26 2003-09-16 International Business Machines Corporation Display device and an electro-optical device using a colloidal liquid crystal composite
US20080011983A1 (en) 2006-07-14 2008-01-17 Chung Yuan Christian University Liquid Crystal Composite and Device comprising the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3627854A (en) * 1971-12-14 1971-12-14 Phillips Petroleum Co Heat stabilized poly(vinylfluoride) with a poly(vinylpyridine)
JPH1036848A (ja) * 1996-07-17 1998-02-10 Citizen Watch Co Ltd ネマチック液晶組成物およびそれを用いた液晶表示装置
US6824708B2 (en) * 2002-12-13 2004-11-30 Xerox Corporation Liquid crystal compositions including dispersant

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1011703A (en) 1962-11-06 1965-12-01 Jaroslav Prusek Aparatus for regulating the composition of electrolytes
US6620466B2 (en) 2000-04-26 2003-09-16 International Business Machines Corporation Display device and an electro-optical device using a colloidal liquid crystal composite
US20080011983A1 (en) 2006-07-14 2008-01-17 Chung Yuan Christian University Liquid Crystal Composite and Device comprising the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OBER C.K., WEISS R.: "A. Polymer dispersed liquid crystals", CONDENSED MATTER NEWS, vol. L, no. 7, 1992, pages 20

Also Published As

Publication number Publication date
EA201000712A3 (ru) 2010-12-30
EA016136B1 (ru) 2012-02-28
EP2338950A2 (de) 2011-06-29
EA201000712A2 (ru) 2010-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sasikala et al. Graphene oxide liquid crystals: a frontier 2D soft material for graphene-based functional materials
Yadav et al. Carbon nanotube dispersion in nematic liquid crystals: An overview
Nakayama et al. Stimuli-responsive hydroxyapatite liquid crystal with macroscopically controllable ordering and magneto-optical functions
Zakri Carbon nanotubes and liquid crystalline phases
Narayan et al. Graphene oxide liquid crystals: discovery, evolution and applications
Chen et al. Ultrasensitive magnetic tuning of optical properties of films of cholesteric cellulose nanocrystals
Mauter et al. Nanocomposites of vertically aligned single-walled carbon nanotubes by magnetic alignment and polymerization of a lyotropic precursor
Biswas et al. Mechanical and electrical property enhancement in exfoliated graphene nanoplatelet/liquid crystalline polymer nanocomposites
JP4510023B2 (ja) 表示素子および表示装置
Wu et al. Effects of a chemically modified multiwall carbon nanotubes on electro-optical properties of PDLC films
Kumar et al. Discotic Liquid Crystals with Graphene: Supramolecular self‐assembly to applications
Yang et al. Liquid crystalline and shear-induced properties of an aqueous solution of graphene oxide sheets
Lisetski et al. Carbon nanotubes in liquid crystals: fundamental properties and applications
Roeder et al. Covalent ferrohydrogels based on elongated particulate cross-linkers
Dolgov et al. Electro-optical memory of a nematic liquid crystal doped by multi-walled carbon nanotubes
Yi et al. Orientation of chromonic liquid crystals by topographic linear channels: multi-stable alignment and tactoid structure
Xu et al. Structure and rheology of liquid crystal hydroglass formed in aqueous nanocrystalline cellulose suspensions
Van Bruggen et al. Metastability and multistability: gelation and liquid crystal formation in suspensions of colloidal rods
Draude et al. Thermotropic liquid crystals with low-dimensional carbon allotropes
WO2010078631A2 (ru) Коллоидно - жидкокристаллический композит для электрооптических устройств
Xin et al. Single-walled carbon nanotube/lyotropic liquid crystal hybrid materials fabricated by a phase separation method in the presence of polyelectrolyte
Zhu et al. Liquid crystalline behavior of graphene oxide in the formation and deformation of tough nanocomposite hydrogels
Guan et al. Preparation of temperature-response fibers with cholesteric liquid crystal dispersion
Mănăilă-Maximean et al. Polymer dispersed liquid crystals films doped with carbon nanotubes: preparation methods
Shao et al. Hybrid molecular/mineral lyotropic liquid crystal system of CTAB and graphene oxide in water

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009837237

Country of ref document: EP