手性液晶材料的研究进展

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1、手性液晶材料的研究进展龚浩天051002207摘要：介绍了手性液晶的发展过程，阐述了手性液晶的结构、分类与应用研究的现状，着重讨论了手性液晶结构及性能的关系并在显示用液晶材料中的重要作用及应用，并对手性液晶的发展前景做了展望。关键词：手性添加剂；分子间氢键手性液晶；手性液晶聚合物；手性液晶弹性体1引言手性液晶高分子是指带有手性屮心的液晶高分子，是冃前液晶研究领域的热点乞一。手性液晶高分子的特征是液晶基元分子结构中含有不对称手性中心的碳原子(常以“c杆表示)，分子本身不具有镜像对称性。这类液晶的分子因手性中心的存在而形成螺旋结构，这些螺旋结构使手性液

2、晶高分子具有许多一般液晶高分子所不具有的光学性质，如旋光性、偏振光的选择反射和圆二色性等。手性液晶高分子的液晶类型一般为胆箔相或近晶相。这类液晶因其独特的光学、电学性质而日益受到广泛的重视厲“讥早在1922年，法国化学家Friedel就发现了光学活性物质可以诱导向列相液晶转变为胆笛相液晶。而胆笛醇的酯类衍生物是最早出现的手性液晶，被作为手性添加剂在向列相液晶显示材料中使用。直到20世纪70年代中期，新的手性添加剂(CB15)才被英国Hui大学Gray等合成出来。就在同一时期，德国Meyer等研究并报道了手性液晶具有铁电性能。此后，国内外学者对于含有

3、手性基团的小分子液晶化合物的研究兴趣口益活跃起来，目前已经合成了许多具有胆當相(Ch咸手性近晶c相(Sc*)的液晶化合物，并对它们的性能及应用进行了深入研究。而对手性液晶高分子及手性液晶弹性体的研究就是在此背景下开始的具有优良的电学及光学特性的小分子手性液晶化合物经过高分子化后，将为手性液晶材料开创一个更广阔的应用空间。2液晶的结构研究发现液晶类物质具有其特有的分子结构。一般认为要呈现液晶相，该化合物的分子结构必须满足下述要求：(1)从几何形状來看，液晶分子应具有明显的各向相异性。液晶分子的几何形状应是各向相异的，分子的长径比(L/D)必须大于4。

4、(2)液晶分子长轴应不易弯曲，要有一定的刚性。因而常在分子的中央部分引进双键或三键，形成共觇体系，以得到刚性的线型结构或者使分子保持反式构型，以获得线状结构。(3)分子末端含有较柔性的极性基团或可极化的基团。通过分子I'可电性力、色散力的作用，使分子保持取向有序。2.1液晶的物理结构向列相(a)nematic:phase液晶的物理结构主要是指组成分子在空间中的排列。液晶织构的研究也是物理结构的重要内容。在晶体学屮，所谓织构是指多晶体中微晶的形状、尺寸和取向特征，常用偏光显微镜和电镜照片加以说明。不同类型的液晶可以观察到不同的织构。图1.2表示出了不

5、同液晶相态结构的分子排列。近晶相lllllllllllllliiiniiiiiniiiiiniiiiiiiiiiiiniiiiinii(c)smecticphase图1不同类型的液晶态分子排列示意2.2向列型液晶向列相是唯一没有平移有序的液晶，它是液晶屮最重要的成员，得到了最广泛的应用。在向列相中，液晶分子彼此倾向于平行排列，平行排列的从优方向称为指失向。向列型液晶简称为N,它是由长径比很大的棒状分子所组成，分子质心没有长程有序性，具有类似于普通液体的流动性，分子不排列成层，它能上下、左右、前后滑动，只在分子长轴方向上保持相互平行或近于平行。分子间

6、短程相互作用微弱，属于VanderWaals引力，其自由能变化△G«20.9千焦/摩尔。向列相又可以分为普通向列相和群聚向列相，前者的液晶分子长轴保持平行或近于平行，具有一维有序；后者的液晶分子是长轴平行，并且成束状，接近于近晶相结构，具有狭窄的二维有序区域，但它们的织构和光学性质与近晶相有所不同。2.3胆角型液晶胆笛型液晶简称为Ch,胆锂醇经酯化或卤素取代后，呈现液晶相，称为胆生液晶。这类液晶分子呈扁平形状，排列成层，层内分子相互平行。分子长轴平行于层平面。不同层的分子长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。当不同层的分子长轴排列沿螺旋

7、方向经过360。的变化后，又回到初始取向，这个周期性的层间距称为胆笛相液晶的螺距(P)。胆笛相实际上是向列相的一种畸变状态。因为胆笛相层内的分子长轴彼此也是平行取向，仅仅是从这一层到另一层时的均一择优取向旋转一个固定角度，层层叠起来，就形成螺旋排列的结构，所以在胆笛相中加入消旋向列相液晶或非液晶手性化合物，能将胆笛相转变为向列相。将适当比例的左旋、右旋胆笛相混合，将在某一温度区间内，由于左右旋的相互抵消转变为向列相。电场、磁场亦可使胆當相液晶转变为向列相液晶。反之，在向列相液晶中加入旋光性物质，会形成胆綃相。含不对称中心的手性向列液晶亦呈现胆笛相。

8、这些都说明胆笛相和向列相结构的紧密关系。胆笛相液晶可以观察到油丝织构、焦锥织构、指纹织构、平板织构，另外还可观察到蓝相，这