活性手性液晶中的模式形成与缺陷排序

目的许多生物系统显示出有趣的手性模式和动力学特性,例如微管、海胆精子可以涌现出涡旋阵列的手性运动模式。目前已经有相当多的工作研究了生物个体的手性,但对其如何转化为集体的手性动力学,仍存在许多难题,因此需要发展更丰富的理论工具来解释手性传递转化的机制。方法结合液晶流体力学,发展了活性手性液晶的力学理论,以描述手性杆状粒子系统的集体动力学,并结合数值模拟,研究了手性模式形式和缺陷动力学。结果和结论自旋和运动活性的协调可以产生具有手性的涡旋阵列模式和拓扑缺陷有序排列。在该手性模式中,固定的三叶草型缺陷组成周期性的、以六边形为主的多边形网络,该网络把保持旋转的彗星型缺陷成对地隔离在多边形中。该系统在全局尺度中体现了一定的平移对称性,而在局部尺度中打破了反射对称性。这种缺陷排序和二维空间中的Voronoi划分完全一致,且六方对称性的出现可以用拓扑电荷守恒来解释。计算了缺陷拓扑变化的能垒,解释了非六边形的亚稳态形成的原因。所得的结果揭示了生命过程中出现的手性模式的机制,并且提出了活性系统中控制缺陷动力学的潜在途径。

手性液晶材料的研究进展

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。

纳米粒网络对于手性液晶反射光谱的展宽效应

依据分子呈螺旋型排列的介质的电磁场解计算了给定厚度的手性液晶的光谱反射率与其双折射的关系,依据布拉格反射的干涉条件计算了斜入射光的布拉格反射光谱的蓝移。从中发现:(1)若液晶的双折射大于0.2,液晶层的厚度达到3μm就可使反射率高于90%;(2)若要以液晶的平面态实现整个光谱范围的布拉格反射,液晶的双折射应当达到0.6以上;(3)入射角达到60°时手性液晶的反射光谱蓝移可达到100nm。然而,商品手性液晶的双折射只有0.2左右,为了将这样的手性液晶用于在整个可见光谱反射的显示器件,就需要在液晶中引入聚合物网络,并在玻璃基片表面实现聚合物的凹凸结构。网络的作用是要在液晶层中建立随机分布的分子锚定机制,使手性液晶的螺距随位置而变化,从而展宽其布拉格反射谱。基片表面的凹凸结构用于诱导液晶螺旋轴的斜向随机分布,以利用倾斜螺旋结构布拉格反射的蓝移现象,进一步展宽布拉格反射谱。实验证明,在液晶中引入聚合物网络和表面的凹凸结构以后,手性液晶的布拉格反射区间由原来的80nm增加到120nm以上,对比度达到4∶1左右。

芳环上氟原子对手性液晶分子扭曲力的影响

通过Mitsunobu反应合成了一系列手性液晶,收率63%～71%,并通过1 H NMR、MS、IR对其结构进行了表征。结合DSC和POM研究了目标化合物的介晶性。利用Cano's wedge法研究了目标化合物的扭曲力,发现随着手性中心邻近芳环上氟原子数的增多,手性液晶分子的扭曲力显著增大。实验结果表明,氟原子的引入影响了碳氧单键的自由旋转,导致手性液晶分子具有较少构象异构体,从而表现出大的扭曲力。

利用动态反射法对手性液晶Bragg反射的分析

利用动态反射法对手性液晶材料的选择性反射特性进行了分析。根据理论分析结果,利用MATLAB程序计算了手性液晶膜层的反射光谱,得到了反射光谱随手性液晶的螺距和折射率变化的关系;利用动态反射法可以较为方便、快速地对手性液晶膜的Bragg反射特性进行数值求解分析,分析和计算结果可以为反射式液晶显示的设计和计算提供理论参考。由于在数值求解中引入了简化条件,因此该计算方法只能应用于Δn值较小的情况,当Δn值较大时,应该用其他求解方法来完成计算分析工作。

含有扭曲晶界相手性液晶AEMBB的合成

根据具有强扭曲的扭曲晶界相(TGB)理论,设计并合成了一种含有TGBC*相态的手性液晶单体(+)4-(2-丙烯酰氧基)乙氧基苯甲酰氧基-[4′-(2-甲基)丁氧基]联苯酯(AEMBB).通过红外光谱分析反应物的羧酸基和羟基峰的消失判断反应完成;通过核磁共振确定各氢原子位置以确定目标产物的实现;并通过偏光显微镜和DSC研究了目标产物的液晶性能和相转变类型.结合偏光显微镜和DSC证明单体AEMBB存在胆甾、扭曲晶界和手性近晶C等多种相态,为互变液晶.

红外透过、反射吸收光谱研究手性液晶(M_1)LB膜的结构与取向

利用FTIR光谱研究了一种手性液晶化合物 (M1)LB膜的结构与取向 ,该化合物可以形成稳定的单层与多层膜。手性分子中 ,芳香环平面部分倾向于垂直基片表面 ,分子中的烷基链部分则与基底表面法线方向成一定的角度。

R/S构型双环己基酯类手性液晶的合成与性质

以４（４’烷基反环己基）环己烷甲酸为原料，经过构型转换及分离得到４（４’烷基反环己基）反环己烷甲酸，用马钱子碱拆分２辛醇，合成了Ｒ、Ｓ两种构型的二个系列八种新型手性液晶化合物，用ＩＲ、ＭＳ、ＮＭＲ及元素分析确定了它们的结构，用ＤＳＣ和偏光显微镜确定了这些化合物的相变温度和相态，讨论了手性分子的构型对液晶性质的影响。

新型全氟苯环乙炔类手性液晶化合物的合成及相变性质研究

本文报道了两大类液晶核中心含有柔顺亚甲氧基的四氟苯环乙炔类手性液晶化合物的合成及相变性质,讨论了不同末端基团、桥键对液晶相变性质的影响。

叠层结构的手性液晶单元的反射谱特性

基于手性液晶的布拉格反射特性,设计了旋向相反的手性液晶所构成的红、绿、蓝三基色叠层级联结构,以达到增强单元反射率的目的。采用Berreman 4×4矩阵对其单元反射率进行了分析,比较了手性液晶的单旋向三基色叠层(三叠层结构)与双旋向三基色叠层(六叠层结构)单元的反射谱,给出了改变液晶材料参数和级联顺序进一步提高单元反射率的计算结果。在最佳参数与级联顺序下,六叠层单元的最大反射率达到98.91%,三叠层单元的最大反射率为64.95%。叠层结构单元的色度分析结果表明,三层单元的色温依级联液晶旋向而改变,范围为5 240.9～7 029.8K,在反射率最优的条件下,六叠层单元的色温为6 285.7K。

手性液晶聚硅氧烷毛细管柱的制备及应用

合成了一种手性液晶侧链的聚硅氧烷固定液 ,并涂制成毛细管柱 ,此柱适合于分离各种取代基的酚类异构体。

红外光谱研究聚硅氧烷侧链手性液晶及其单体的单层LB膜

一种聚硅氧烷侧链手性液晶P及其单体M的单层LB膜分别在11mN/m和8mN/m的表面压力下,从水汽界面成功地转移到在镀金玻璃片和氟化钙基片上。π-A曲线表明P及其单体M在水汽界面上单层膜的崩溃压力分别是35和11mN/m。红外透过和反射吸收光谱表明两者的生色团部分及烷基链部分倾斜排列在固体基片上,但其倾斜角不同。M比P有更大的倾斜角。同时,不论P或M其烷基链的轴向与芳香核部分的长轴方向并不重合。P的烷基链比M的烷基链更有序。

分子间氢键自组装手性液晶的变温红外研究(英文)

通过存在于吡啶环和羧基间的分子间氢键自组装合成液晶已逐渐引起科学工作者的重视,决定这种方法是否适用的关键是分子间氢键的稳定性。由于变温红外光谱能很好地反映出液晶分子环境的变化,尤其是分子中羰基基团对分子环境变化,对分子内和分子间的相互作用更为敏感,并且又能反映出这种分子间氢键的稳定性。因此本文研究了通过存在于4—[(2S)—2—氯—3—甲基—丁酰氧基]—4′—苯乙烯基吡啶(MBSB)和4—烷氧基苯甲酸(nBA,n=5,6)问的分子间氢键自组装的两个手性液晶(nBA:MBSB)的变温红外光谱。研究结果表明nBA:MBSB中的酯羰基基团对于K—Sc*转变极为敏感,对Sc*—S_A和S_A—N转变不敏感,同时结果表明分子间氢键在晶体和液晶态是稳定的,并且这种分子间氢键强于存在于羧基和羧基间的氢键,因此这种存在于羧基和吡啶环间的氢键为液晶分子设计提供了又一条有效的途径。

变温FT-Raman光谱研究一种手性液晶的相变

利用ＦＴ－Ｒａｍａｎ光谱研究了一种含手性基团的液晶分子的相变过程，并对不同温度点及相转变点的拉曼光谱进行了简单的指认，对在不同晶体中分子的结构与取向进行了简单的分析。

我国手性液晶的研究进展与应用

阐述了手性液晶的结构和分类,介绍了近年来国内手性液晶的合成与研究进展情况,并着重讨论了胆甾相手性液晶的热色效应及其作为手性添加剂在显示领域的应用以及铁电液晶的非线性光学效应。

多缝衍射研究手性液晶CB15薄膜特性

为研究手性液晶CB15在弱磁场中的特性,采用激光通过多缝板入射手性液晶CB15薄膜样品后产生的衍射谱,获得液晶内部分子的微观变化情况。结果表明:在没有外磁场的情况下,透射谱的衍射级数目由原来的17级增至20级,中央0级衍射光斑变为分裂不完全的两个光斑;施加一个与样品通光面平行的外磁场后,衍射光谱发生非对称的衍射级向外漂移的变化,衍射级强度也随之发生显著波动,并且随着磁场强度的增加,每个衍射级的周围出现完整程度不同的圆环形衍射;没有外磁场时,CB15薄膜内部分子是规则排列的,且显示出弱的非线性效应;有外弱磁场时,内部液晶分子发生非同步向外磁场方向的转动,使衍射级的强度和形状发生波动,随磁场强度的增大,各衍射级的变化趋于稳定,说明手性液晶CB15薄膜内部分子的指向矢趋于一致,由手性液晶变成向列相液晶,因而,外磁场使手性液晶CB15发生解旋。

主链型手性液晶弹性体(特邀)

主链型手性液晶弹性体是一类具有周期性纳米结构的软光子晶体,包括一维胆甾相液晶弹性体和三维蓝相液晶弹性体,不仅可以选择性反射圆偏振光,还能够灵敏地响应外界环境的变化,在自适应光学、变色伪装、信息加密和智能隐身等领域有着广泛的应用前景。随着新型材料体系和先进制备技术的发展,研究人员近年来提出了多种不同的策略,设计和制备具有手性纳米超结构的液晶弹性体,并深入研究了手性液晶弹性体的性能及潜在应用。本文系统综述了主链型手性液晶弹性体的设计、制备和应用进展,重点介绍了一维胆甾相液晶弹性体的平行取向法、各向异性挥发法、刮涂法、3D打印,以及无需额外取向的蓝相液晶弹性体三维纳米自组装方法,并总结讨论了主链型手性液晶弹性体存在的挑战以及未来发展方向.

短螺距手性液晶热敏旋光特性的研究

利用Berreman 4×4矩阵建立理论模型对短螺距手性液晶的旋光率进行求解,使用MATLAB计算得到了手性液晶旋光角随入射角、螺距、盒厚等外界因素变化规律的仿真结果,且通过实验验证了此方法的准确性。对手性液晶旋光效应作为热敏材料的使用进行了实验探究,使用旋光仪测量螺距为250~310nm的手性液晶旋光角,得到手性液晶的热敏旋光特性。结果显示,螺距不同时,液晶的旋光角随温度具有不同程度的变化,但每种螺距下,手性液晶旋光率随温度的变化明显且规律。验证了旋光率热敏效应的稳定性,结果证明将手性液晶作为一种潜在的热敏材料应用的可行性,为手性液晶在温度传感器中的应用提供了实验依据。

手性液晶的研究X．强极性铁电液晶的合成及其性能

合成了同系列的两个化合物（２ｓ，３ｓ）－２－氯－３－甲基戊酸－４，４＇－辛氧基联苯酚酯（３Ｍ２ＣＰＯＯＢ）和（２ｓ，３ｓ）－２－氯－３－甲基戊酸－４，４＇－癸氧基联苯酚酯（３Ｍ２ＣＰＤＯＢ）。经红外光谱和质谱分析确证了其化学结构。测定了３Ｍ２－ＣＰＯＯＢ的响应时间、倾斜角、电滞回线、自发极化率等物性参数，证明其是一个低温、宽温程、大自发极化率的铁电液晶，响应时间达微秒级。

Gd2O3对手性液晶CB15衍射影响

根据液晶非线性衍射原理,研究Gd2O3粒子对手性液晶CB15衍射特性的影响。在无外磁场作用时,纯CB15能产生非常显著双曲对称光栅衍射,表明纯CB15液晶螺旋结构沿双曲对称方向出现周期性。将纯手性液晶CB15样品放置于强度为0.5185 T磁场中,衍射场中的双曲条纹消失,出现密集的圆环衍射。在手性液晶CB15中掺杂不同浓度的稀土氧化物Gd2O3,衍射场中的双曲条纹衍射也会消失,且出现圆环衍射。在Gd2O3/CB15样品上施加强度为0.5185 T的磁场,发现掺杂比为0.006 g∶0.4 mL时,衍射场中出现5条较宽的相互平行的直条纹,其与磁场成36.8°,表明CB15液晶在磁场和Gd2O3共同作用下,折射率?n沿与磁场成126.8°角的方向成周期性分布。