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1、手性液晶材料的研究進(jìn)展龔浩天051002207摘要：介紹了手性液晶的發(fā)展過程，闡述了手性液晶的結(jié)構(gòu)、分類與應(yīng)用研究的現(xiàn)狀，著重討論了手性液晶結(jié)構(gòu)及性能的關(guān)系并在顯示用液晶材料中的重要作用及應(yīng)用，并對手性液晶的發(fā)展前景做了展望。關(guān)鍵詞：手性添加劑；分子間氫鍵手性液晶；手性液晶聚合物；手性液晶彈性體1引言手性液晶高分子是指帶有手性屮心的液晶高分子，是冃前液晶研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)乞一。手性液晶高分子的特征是液晶基元分子結(jié)構(gòu)中含有不對稱手性中心的碳原子(常以“c桿表示)，分子本身不具有鏡像對稱性。這類液晶的分子因手性中心的存在而形成螺旋結(jié)構(gòu)，這些螺旋結(jié)構(gòu)使手性液
2、晶高分子具有許多一般液晶高分子所不具有的光學(xué)性質(zhì)，如旋光性、偏振光的選擇反射和圓二色性等。手性液晶高分子的液晶類型一般為膽箔相或近晶相。這類液晶因其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)而日益受到廣泛的重視厲“譏早在1922年，法國化學(xué)家Friedel就發(fā)現(xiàn)了光學(xué)活性物質(zhì)可以誘導(dǎo)向列相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)槟懙严嘁壕?。而膽笛醇的酯類衍生物是最早出現(xiàn)的手性液晶，被作為手性添加劑在向列相液晶顯示材料中使用。直到20世紀(jì)70年代中期，新的手性添加劑(CB15)才被英國Hui大學(xué)Gray等合成出來。就在同一時(shí)期，德國Meyer等研究并報(bào)道了手性液晶具有鐵電性能。此后，國內(nèi)外學(xué)者對于含有
3、手性基團(tuán)的小分子液晶化合物的研究興趣口益活躍起來，目前已經(jīng)合成了許多具有膽當(dāng)相(Ch咸手性近晶c相(Sc*)的液晶化合物，并對它們的性能及應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。而對手性液晶高分子及手性液晶彈性體的研究就是在此背景下開始的具有優(yōu)良的電學(xué)及光學(xué)特性的小分子手性液晶化合物經(jīng)過高分子化后，將為手性液晶材料開創(chuàng)一個(gè)更廣闊的應(yīng)用空間。2液晶的結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)液晶類物質(zhì)具有其特有的分子結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為要呈現(xiàn)液晶相，該化合物的分子結(jié)構(gòu)必須滿足下述要求：(1)從幾何形狀來看，液晶分子應(yīng)具有明顯的各向相異性。液晶分子的幾何形狀應(yīng)是各向相異的，分子的長徑比(L/D)必須大于4。
4、(2)液晶分子長軸應(yīng)不易彎曲，要有一定的剛性。因而常在分子的中央部分引進(jìn)雙鍵或三鍵，形成共覘體系，以得到剛性的線型結(jié)構(gòu)或者使分子保持反式構(gòu)型，以獲得線狀結(jié)構(gòu)。(3)分子末端含有較柔性的極性基團(tuán)或可極化的基團(tuán)。通過分子I'可電性力、色散力的作用，使分子保持取向有序。2.1液晶的物理結(jié)構(gòu)向列相(a)nematic:phase液晶的物理結(jié)構(gòu)主要是指組成分子在空間中的排列。液晶織構(gòu)的研究也是物理結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容。在晶體學(xué)屮，所謂織構(gòu)是指多晶體中微晶的形狀、尺寸和取向特征，常用偏光顯微鏡和電鏡照片加以說明。不同類型的液晶可以觀察到不同的織構(gòu)。圖1.2表示出了不
5、同液晶相態(tài)結(jié)構(gòu)的分子排列。近晶相l(xiāng)llllllllllllliiiniiiiiniiiiiniiiiiiiiiiiiniiiiinii(c)smecticphase圖1不同類型的液晶態(tài)分子排列示意2.2向列型液晶向列相是唯一沒有平移有序的液晶，它是液晶屮最重要的成員，得到了最廣泛的應(yīng)用。在向列相中，液晶分子彼此傾向于平行排列，平行排列的從優(yōu)方向稱為指失向。向列型液晶簡稱為N,它是由長徑比很大的棒狀分子所組成，分子質(zhì)心沒有長程有序性，具有類似于普通液體的流動(dòng)性，分子不排列成層，它能上下、左右、前后滑動(dòng)，只在分子長軸方向上保持相互平行或近于平行。分子間
6、短程相互作用微弱，屬于VanderWaals引力，其自由能變化△G?20.9千焦/摩爾。向列相又可以分為普通向列相和群聚向列相，前者的液晶分子長軸保持平行或近于平行，具有一維有序；后者的液晶分子是長軸平行，并且成束狀，接近于近晶相結(jié)構(gòu)，具有狹窄的二維有序區(qū)域，但它們的織構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)與近晶相有所不同。2.3膽角型液晶膽笛型液晶簡稱為Ch,膽鋰醇經(jīng)酯化或鹵素取代后，呈現(xiàn)液晶相，稱為膽生液晶。這類液晶分子呈扁平形狀，排列成層，層內(nèi)分子相互平行。分子長軸平行于層平面。不同層的分子長軸方向稍有變化，沿層的法線方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)不同層的分子長軸排列沿螺旋
7、方向經(jīng)過360。的變化后，又回到初始取向，這個(gè)周期性的層間距稱為膽笛相液晶的螺距(P)。膽笛相實(shí)際上是向列相的一種畸變狀態(tài)。因?yàn)槟懙严鄬觾?nèi)的分子長軸彼此也是平行取向，僅僅是從這一層到另一層時(shí)的均一擇優(yōu)取向旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度，層層疊起來，就形成螺旋排列的結(jié)構(gòu)，所以在膽笛相中加入消旋向列相液晶或非液晶手性化合物，能將膽笛相轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢?。將適當(dāng)比例的左旋、右旋膽笛相混合，將在某一溫度區(qū)間內(nèi)，由于左右旋的相互抵消轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢?。電場、磁場亦可使膽?dāng)相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢嘁壕?。反之，在向列相液晶中加入旋光性物質(zhì)，會(huì)形成膽綃相。含不對稱中心的手性向列液晶亦呈現(xiàn)膽笛相。
8、這些都說明膽笛相和向列相結(jié)構(gòu)的緊密關(guān)系。膽笛相液晶可以觀察到油絲織構(gòu)、焦錐織構(gòu)、指紋織構(gòu)、平板織構(gòu)，另外還可觀察到藍(lán)相，這
