CN110628440B - 一种宽温域蓝相液晶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于液晶材料技术领域。具体涉及一种蓝相液晶材料，包括：组分A、组分B、组分C以及组分D。其中，组分A包括一类含联苯结构的双液晶基元混合液晶材料,材料基本结构为两段棒状液晶片段由中间柔韧的碳链相连。组分B包括一类含三联苯结构的双液晶基元混合液晶材料,材料基本结构为两段棒状液晶片段由中间柔韧的碳链相连。组分C包括一类三联苯结构液晶混合材料，此类液晶材料有高的清亮点和高的折射率各向异性。组分D包括一类液晶用手性掺杂剂。采用本发明的蓝相液晶配方，通过合理地混合不同比例的组分A、B、C、D，可以极大的提高蓝相液晶的热力学稳定性，得到温域超宽的蓝相液晶材料。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料领域，具体涉及一种宽温域蓝相液晶材料及其制备方法。
背景技术
蓝相液晶(BP)是一种双螺旋三维超结构材料，通常存在于高手性体系中。液晶分子在手性剂提供的扭曲力的作用下，自组装形成具有双螺旋结构的双扭曲圆柱。根据双扭曲圆柱的排列方式的不同，蓝相大致可以分为三个子相态，分别为体心立方排列的BPⅠ，简单立方排列的BPⅡ，以及无规则排列的雾状相BPⅢ。由于蓝相这种复杂的三维结构，宏观上液晶分子没有平均指向矢，因此蓝相液晶具有光学各向同性的特点。然而，蓝相液晶的螺旋结构会形成折射率的周期分布，从而导致布拉格反射。不同的晶面的布拉格反射波长不同，所以在偏光显微镜下观察到的蓝相呈现彩色碎片结构。
蓝相液晶具有很多非常优异的光学特性，并且因为其一系列特殊的光学特性，如可以选择性的反射可见光和没有光学中常见的双折射现象等特性，而受到了人们的越来越多的关注。蓝相是一种常在高手性液晶体系的清亮点附近很小的温度区间出现的一种稳定的相态。为了获得宽温区蓝相液晶以使得蓝相液晶得到更广泛的应用，现有宽温区蓝相液晶技术主要可以分为两类。第一类技术是稳定蓝相液晶的缺陷从而稳定住蓝相液晶。例如文献Kikuchi H,Yokota M,Hisakado Y,Yang H,Kajiyama T,2002,Nat.Mater.1,64.公开了一种利用聚合物稳定蓝相的方法，得到了常温条件下蓝相温宽达到60℃的蓝相液晶。第二类技术是通过分子设计合成出具有宽温域的蓝相液晶。例如文献Coles HJ,PivnenkoMN,Nature,436(18),997.设计合成的含氟取代的二聚体液晶分子，具有包含室温在内的44℃的蓝相温宽。虽然现有宽温域蓝相液晶技术一定程度上解决了蓝相液晶的蓝相温宽狭窄的问题，但是，现有蓝相液晶体系的蓝相温域范围拓宽有限，通常只能在标准室温(25℃)±30℃的范围内调整。也就是说现有的蓝相液晶不能满足较高环境温度地区和极端低温环境温度下的应用需求(如非洲等地高室外温度地区，高空环境中和南北极等高纬度地区超低温环境下的使用)，因此蓝相液晶在极端环境温度条件下的应用受到限制。需要进行更深入的研究，进一步较大程度地拓宽蓝相液晶的温域。
发明内容
本发明的目的提供一种蓝相液晶材料，其具有超宽的的蓝相温域，且完整覆盖极端条件的环境温度。
本发明的另一目的在于，提供一种宽温域蓝相液晶材料的制作方法，该蓝相液晶材料制备方法简单、效果显著。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供了一种蓝相液晶材料，以质量百分比计，所述液晶材料包括：组分A、组分B、组分C以及组分D，所述组分A、组分B加组分C总质量和占蓝相液晶总量的比例为50％～95％，组分D总质量占蓝相液晶总量的比例为5％～50％；
其中，组分A包括一类含联苯结构的双液晶基元混合液晶材料,材料基本结构为两段棒状液晶片段由中间柔韧的碳链相连；
组分B包括一类含三联苯结构的双液晶基元混合液晶材料,材料基本结构为两段棒状液晶片段由中间柔韧的碳链相连；
组分C包括一类三联苯结构液晶混合材料；此类液晶材料有高的清亮点和高的折射率各向异性。
组分D包括一类液晶用手性掺杂剂。
作为优选地，所述组分A加组分B的总质量与组分C质量比例为1：9～9：1。
作为优选地，所述组分A与组分B质量比例为1：9～9：1。
作为优选地，组分A由下述通式所示化合物中任意一种或多种以任意比例混合而成：
其中，n为3、5、7、9、11、13，R基团为F、CN或者CmH2m+1，m为1-9的整数。
作为优选地，组分B由下述通式所示化合物中任意一种或多种以任意比例混合而成：
其中，n为3、5、7、9、11、13，R基团为F、CN或者CmH2m+1，m为1-9的整数。
作为优选地，组分C由下述通式所示化合物中任意一种或多种以任意比例混合而成：
其中，R基团为F、CN或者CmH2m+1，m为1-9的整数。
作为优选地，以上列出结构为典型的结构通式，由此发明衍生的其他类似结构亦在此发明之列。
作为优选地，组分D由下述通式所示化合物中任意一种或多种以任意比例混合而成：优先选用
作为优选地，组分D不限于这几类手性剂，采用其他手性剂亦在此发明之列。
本发明还提供了一种蓝相液晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将组分A和组分B分别加热至清亮，然后将组分A和组分B进行混合均匀；
2)组分C与步骤1)的混合物进行混合，加热至清亮得到均匀混合物；
3)向步骤2)得到的混合物中添加组分D；将其混合，加热至清亮得到均匀混合物；
4)将步骤3)得到的混合物灌入液晶盒中置于热台上用偏光显微镜进行观察，观察液晶相态随温度的变化，记录液晶相态的变化温度。
作为优选地，当组分A、组分B或组分C为混合物时，先将各自组分内的混合物分别加热后混合，然后再将混合好的组分(A、B或C)与其它组分进行混合。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
按照本发明提供的方法所得到的未加手性剂(组分D)之前的蓝相母体液晶具有超宽的液晶温度范围，所以体系对手性剂的要求不高，故而有大量的手性剂可供选择。现有小分子蓝相体系最宽蓝相温域不足50℃，聚合物稳定体系的蓝相温域范围也不过60℃左右，难以完全满足蓝相液晶材料实用化的要求。
通过以上发明中提到的四类组分的合理混配，即可得到温域超宽的蓝相液晶材料，蓝相热力学稳定的温度可以在-195℃～100℃之间调节，蓝相稳定存在的最宽温度范围可超过280℃。该蓝相液晶材料温度范围宽，灵活可调，配制方法简单。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
根据蓝相液晶材料配方，将配方中的各组分均匀混合制得混合物；
1)在液晶材料配方中，组分A和组分B各自加热至清亮，然后进行混合均匀，上述组分A与组分B质量比例为1：9～9：1；
2)在液晶材料配方中，将组分C加热至清亮得到均匀混合物，然后将组分A和组分B的混合物，与组分C进行混合，上述组分A加组分B的总质量与组分C的质量比例为1：9～9：1。
3)在液晶材料配方中，组分A、组分B和组分C按一定比例混合后，向其中添加一定量的组分D，组分D质量占蓝相液晶总量的比例为5％～50％。其中，组分D可单独使用一种手性剂，也可混合使用多种手性剂。
4)将上述材料加热至清亮使混合均匀，灌入液晶盒中置于热台上用偏光显微镜进行观察，观察液晶相态随温度的变化，记录液晶相态的变化温度。根据不同使用要求，选择具有适合应用要求参数的样品比例。
实施例1
将表中所有组分按照给定的质量比例参照上述方法进行混配，升温搅拌均匀后灌入液晶盒中在热台上通过偏光显微镜进行液晶相态的表征。从偏光显微镜可以观察到表中配方的蓝相至清亮点相变点为72.5℃，蓝相向手性向列相相态转变温度为-35.0℃，蓝相温域范围超过100.0℃。
表1中仅列举一种蓝相液晶材料，及该种配方制备出的蓝相液晶材料的温域范围，以说明此发明中蓝相液晶材料的优异性能及制备方法。
表1为本发明的蓝相液晶材料的一种样品的配方及蓝相温域。
实施例2
将表中所有组分按照给定的质量比例参照上述方法进行混配，升温搅拌均匀后灌入液晶盒中在热台上通过偏光显微镜进行液晶相态的表征。从偏光显微镜可以观察到表中配方的蓝相至清亮点相变点为85.5℃，蓝相向手性向列相相态转变温度为-28.0℃，蓝相温域范围超过110.0℃。
表2中仅列举一种蓝相液晶材料，及该种配方制备出的蓝相液晶材料的温域范围，以说明此发明中蓝相液晶材料的优异性能及制备方法。
表2为本发明的蓝相液晶材料的一种样品的配方及蓝相温域。
实施例3
将表中所有组分按照给定的质量比例参照上述方法进行混配，升温搅拌均匀后灌入液晶盒中在热台上通过偏光显微镜进行液晶相态的表征。从偏光显微镜可以观察到表中配方的蓝相至清亮点相变点为91.2℃，蓝相向手性向列相相态转变温度低于-70℃，蓝相温域范围超过160.0℃。
表3中仅列举一种蓝相液晶材料，及该种配方制备出的蓝相液晶材料的温域范围，以说明此发明中蓝相液晶材料的优异性能及制备方法。
表3为本发明的蓝相液晶材料的一种样品的配方及蓝相温域。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种蓝相液晶材料，其特征在于，所述液晶材料包括：组分A、组分B、组分C以及组分D，其中，以质量百分比计，
所述组分A为20％的
和20％的
所述组分B为10％的
10％的
6％的
和6％的
所述组分C为5％的
和5％的
所述组分D为8％的
10％的
或者，
所述组分A为15％的
和15％的
所述组分B为10％的
10％的
6％的
和6％的
所述组分C为10％的
和10％的
所述组分D为8％的
和10％的
或者，
所述组分A为16％的
和16％的
所述组分B为10％的
10％的
6％的
和6％的
所述组分C为5％的
5％的
10％的
和10％的
所述组分D为3％的
和3％的
2.一种权利要求1所述的蓝相液晶材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)将组分A和组分B分别加热至清亮，然后将组分A和组分B进行混合均匀；
2)组分C与步骤1)的混合物进行混合，加热至清亮得到混合物；
3)向步骤2)得到的混合物中添加组分D；将其混合均匀，加热至清亮得到均匀混合物；
4)将步骤3)得到的混合物灌入液晶盒中置于热台上用偏光显微镜进行观察，观察液晶相态随温度的变化，记录液晶相态的变化温度。
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