弓形液晶分子及研究進展

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1、...頁眉弓形液晶分子的研究進展摘要：弓形液晶化合物是分子中含有彎曲中心的分子,此類化合物具有復雜的自組裝行為,并因此帶來了許多特殊的物理性質(zhì),如自發(fā)極化,手性超分子結(jié)構(gòu)的形成等.弓形液晶化合物一般會具有鐵電或反鐵電的性質(zhì),在光電、電子電路、非線性光學材料等領域有潛在的應用價值。尤為引人注目的是弓形液晶分子本無手性但香蕉形液晶分子具有鐵電性,。它們的極性排列能導致超分子手性行為,所呈現(xiàn)的鐵電性,反鐵電性及鐵磁性在光電領域有廣泛的應用前景，人們對它的這些特性產(chǎn)生了濃厚的興趣。下面我們對弓形液晶分子的結(jié)構(gòu)特點、性質(zhì)、及應用前景做個簡單的介紹。。關(guān)鍵詞：弓形液晶分子前言：弓形液晶化合物是分子中含有

2、彎曲中心的分子，對弓形液晶分子的研究可追溯到1925年。Meyer等在1975年首先提出分子的手性與分子的層內(nèi)傾斜可以誘導出垂直于層法線和指向矢的極化序，從而得到了鐵電液晶(Ferroelectricliquidcrystal)。后來，Clark等從實驗上證實，在SmC*相可以獲得快速雙穩(wěn)態(tài)電光響應，并提出了一種全新的顯示模式，從而將鐵電液晶的研究推向高潮。但這里的極化序與分子的手性是緊密相連的一對，極化序的獲得是離不開分子的手性的。所以說在1990年以前,人們認為,只有手性的分子才能呈現(xiàn)鐵電性(FE)和反鐵電性(AFE)，手性是增加液晶相復雜度的主要方式之一。手性液晶分子可以在向列相，膽甾

3、相和近晶相[1]....頁腳...頁眉中形成螺旋超結(jié)構(gòu)，并能引發(fā)非手性液晶分子的其他相態(tài)，例如：藍相，近晶藍相，TGB相（螺旋晶界）和其他3D—序列液晶相。這些周期性的螺旋超結(jié)構(gòu)在光波范圍有一定長度范圍，因此可以用于激光材料和自組織的光帶間隔材料。手性的第二個作用是在一些液晶相極化順序上的體現(xiàn)。自發(fā)極化越高，鐵電，亞鐵電，反鐵電性質(zhì)就越高。這些液晶相存在于非中心對稱結(jié)構(gòu)中，因此作為潛在的第二順序非線性光學材料受到人們的廣泛關(guān)注;1990年以后,人們才意識到分子的極性排列產(chǎn)生在電磁場中的開關(guān)性才是鐵電性和反鐵電性產(chǎn)生的根本原因。直到1996年NioriT等人首次展示了一些具有彎曲剛性核且沒有手

4、性結(jié)構(gòu)的液晶分子的液晶相中所發(fā)現(xiàn)的極性順序和手性超結(jié)構(gòu)[2]。手性棒狀液晶和弓形分子能產(chǎn)生分子極性排列的原因在于液晶相的對稱性受到破壞：手性棒狀液晶的鏡面對稱性破壞是由于一個或多個手性中心的存在；而弓形液晶分子對稱性的自動破壞是因為該分子的形狀不是棒狀的而是弓形的，該類弓形分子彎曲核的直接緊密堆積導致了近晶相的極化結(jié)構(gòu)。弓形分子本身沒有手性但能形成具有極性的新液晶相，即這一非手性的分子能在液態(tài)體系時呈現(xiàn)超分子的手性行為。自此，有關(guān)宏觀極性順序和手性的新研究方法立刻引發(fā)了研究者的極大興趣，“弓形液晶分子”從此震動了整個液晶界。而到了今天，新化合物不斷被報道，弓形液晶分子成為液晶材料和高分子化學

5、領域中最熱門的研究之一。1.弓形液晶分子的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點如下圖所示弓形液晶分子主要分為三類[4]：（1....頁腳...頁眉）包含彎曲剛性芳香核的弓形分子（2）有奇數(shù)個非環(huán)結(jié)構(gòu)單元中心的液晶二聚物（3）末端的芳香環(huán)上接烷基鏈的曲棍型分子。本文我們主要討論1,2類具有彎曲形的香蕉型液晶分子。弓形液晶分子的三種類型....頁腳...頁眉如圖1所示香蕉形分子由非線性的中心結(jié)構(gòu)、兩邊的剛性側(cè)翼和兩末端的取代基團構(gòu)成，其形如香蕉，形成的液晶相被稱為香蕉形液晶。這類香蕉形液晶與經(jīng)典的棒狀液晶有著根本的不同:分子具有獨特的彎曲形狀，且分子本身通常不含手性基團，但由于空間堆積的要求產(chǎn)生了自發(fā)誘導極化序而使這

6、類液晶產(chǎn)生了宏觀手性，具有獨特的光電性質(zhì)，如鐵電性、反鐵電性及二階非線性光學響應(SHG)等。從1996年首次報道了香蕉形液晶的鐵電性（后被證實應為反鐵電性）開始，至今弓形化合物數(shù)目已成千上萬，盡管各個化合物的精細結(jié)構(gòu)不同，但它們都由彎曲剛硬的中心核，兩側(cè)剛性的側(cè)鏈及末端柔性基團3部分組成。表1列出了構(gòu)成各部分的常見基團。....頁腳...頁眉香蕉形分子形成了很多新穎的、有趣的液晶態(tài)結(jié)構(gòu)被稱為香蕉相(Bananaphases)。迄今為止，除了少數(shù)幾個相，大多數(shù)相的結(jié)構(gòu)仍未詳知，命名也不統(tǒng)一，通常采用1997年12月在柏林召開的香蕉形液晶專題討論會推薦的、按照被發(fā)現(xiàn)的時間順序命名為B1-B7[

7、a]，其中B來源于英文香蕉形分子(Banana-shapedmolecules)的第一個字母。這些相的結(jié)構(gòu)和特征總結(jié)在表2[b]中，研究發(fā)現(xiàn)B2,B5具有反鐵電性，B4,B7具有鐵電性，而在所有相態(tài)中B2，B4是被研究最多的。后來在Bn相下還發(fā)現(xiàn)了許多亞相，也就是說，這些Bn相實際是代表了一類相的家族....頁腳...頁眉香蕉形液晶，是首類非手性分子表現(xiàn)出鐵電/反鐵電液晶性，表現(xiàn)出自發(fā)的微觀/宏觀手性體分辨，