用于波前校正器的快速响应液晶材料的制备研究

	用于波前校正器的快速响应液晶材料的制备研究
	闵林
学位类型	硕士
导师	彭增辉
	2014-11
学位授予单位	中国科学院大学
学位专业	光学工程
关键词	快速响应液晶材料苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯氟取代波前校正器
摘要	液晶波前校正器是自适应光学系统中的核心器件，用来实现对光学波前畸变的实时补偿，其性能好坏直接影响到自适应光学系统的成像效果。自适应光学系统要求液晶波前校正器具有快速响应性能，通常为千赫兹量级，即响应时间在亚毫秒量级。液晶器件的响应速度主要与其中使用的液晶材料有关，可实现快速响应的向列相液晶材料应具有高?n值和低粘度的特性。通常来说，高?n值的液晶化合物必然具有长的?电子共轭体系，?电子共轭体系长度的增加会导致液晶材料的黏度增加，获得具备高?n值和低黏度的液晶材料是液晶器件材料研究领域的一个难题。首先，对高?n值、低黏度液晶材料进行了文献调研，综合比较文献资料结果发现：苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶材料几乎同时具有这两种性质，但仍不能满足目前需求。为了进一步提高液晶材料的响应速度，本文进行以下两个方面的研究：（1）设计并合成具有高?n值低黏度特性的氟代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶化合物，并对其液晶性能进行研究；（2）在高?n值液晶化合物结构的基础上进一步增加取代氟原子的个数，设计并合成多氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶化合物，并对其液晶性能进行研究。其次，研究了单氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶化合物的制备和液晶性质。（1）合成了6种单氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶化合物，红外（IR）和核磁(1HNMR)结果表明合成化合物结构与目标分子结构一致；（2）6种单氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶材料的?n值为0.55~0.65，并且随着端基碳原子数目的依次增加，?n值呈现依次减小的趋势；（3）黏弹系数的计算分析结果表明，在9023商品炔类液晶材料中掺入质量分数为10%的单氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶材料后，混合液晶材料黏弹系数没有明显高于9023商品炔类液晶材料；（4）相变温度的研究表明，氟原子在2号位置时，液晶化合物（端基为正丙基的除外）在90℃左右开始熔化，氟原子在3号位置时液晶化合物在140℃左右才开始熔化。端基为正丙基的液晶化合物，随着温度的升高液晶化合物开始熔化随后没有出现向列相而是近晶相，端基为正丁基和正戊基的液晶化合物，取代氟原子在2号位置时，随着温度的升高在110 ℃左右进入向列相，取代氟原子在3号位置时，随着温度的升高在180℃以上才进入向列相；（5）响应性能FoM值的计算结果表明，单氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶化合物以质量分数10%分别掺入9023商品炔类液晶材料后得到的混合液晶材料响应性能都明显高于9023商品炔类液晶材料，响应性能提高幅度为14%～24%，端基为正丙基时，氟原子在2位置和3位置时，响应性能变化不大，端基为正丁基和正戊基时，氟原子在2位置的液晶材料响应性能低于氟原子在3位置的液晶材料，氟原子取代位置一样，端基碳链长度不同时，取代氟原子在2号位置的三种液晶化合物的变化规律不明显，取代氟原子在3号位置的三种液晶化合物随着端基碳链长度的依次增加FoM值呈现依次增加的趋势，但增加的幅度不是很大。再次，研究了多氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶化合物的制备和液晶性质。（1）为了进一步降低黏度，在苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯中心结构的基础上添加侧位氟取代基团，合成了5种多氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯类液晶化合物，IR和1HNMR表明合成的液晶化合物结构与目标分子结构一致。（2）5种多氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶材料的?n值为0.42~0.51，并且随着取代氟原子的依次增多，?n值依次减小。（3）单种液晶材料以质量分数10%溶解于9023商品炔类液晶材料之后得到的混合液晶材料的黏度（正丙基2号位氟取代的化合物除外）都在一定程度上有所升高；（4）相变温度研究的结果表明，随着取代氟原子数的增加熔点呈现下降的趋势，三氟取代的液晶化合物具有最低的熔点。(5)根据单氟和多氟取代苯基二苯乙炔基异硫氰酸酯液晶化合物液晶性质的研究综合分析可知，液晶化合物的黏弹系数并不是简单的如理论分析一样随着取代氟原子个数的增加黏弹系数依次下降，而是呈现出非常复杂不规律的结果。这一点说明液晶化合物的性质无法从理论上直接预测，更直接有效的数据来源于实验。本论文是有机化学、光学联合应用的一个实例，从分子设计到液晶化合物的合成，再到液晶性能的测试，这一逻辑思路和方法的运用给液晶波前校正器中快速响应液晶材料的研究进一步发展提供了良好的理论和实验依据。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/44675
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	闵林. 用于波前校正器的快速响应液晶材料的制备研究[D]. 中国科学院大学,2014.

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