[發(fā)明專利]一種含氟二苯炔結(jié)構(gòu)的紅外液晶材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610017097.2
• 申請(qǐng)日: 2006-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101121889A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭增輝;劉永剛;胡立發(fā);宣麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): C09K19/18
• 分類號(hào): C09K19/18
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所
• 代理人: 南小平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于液晶材料的結(jié)構(gòu)與制備領(lǐng)域，涉及到液晶材料的結(jié)構(gòu)、合成和性質(zhì)。本發(fā)明合成了一種結(jié)構(gòu)為4-氟取代-4’-烷基-二苯基炔，適用于紅外波段的液晶材料。該材料具有紅外區(qū)的高透過(guò)率和低粘度，可用來(lái)制作高速響應(yīng)的紅外液晶光調(diào)制器件。

背景技術(shù)

液晶器件具有輕質(zhì)、便攜、環(huán)保、可與集成電路(IC)匹配等優(yōu)點(diǎn)。從真正可以實(shí)用化的產(chǎn)品出現(xiàn)以來(lái)，液晶器件作為一種光調(diào)制器件獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，作為人機(jī)交流界面的液晶顯示器、光互聯(lián)中的液晶光閥、可電控制透過(guò)率的光窗等等。在這些應(yīng)用中，由于需要調(diào)制的光大多為可見(jiàn)光波段(400～700nm)，所以人們對(duì)器件使用液晶材料的研究主要集中在了可見(jiàn)光波段。

隨著網(wǎng)絡(luò)、通訊等行業(yè)的迅速發(fā)展，人們普遍使用紅外波段進(jìn)行光通訊。此外，國(guó)防和航空航天方面也需要紅外光波段的顯示技術(shù)和觀測(cè)技術(shù)，因此人們迫切需要可調(diào)制紅外光的液晶作為光閥、調(diào)制器等元件的材料。紅外波段的液晶材料需滿足如下要求：(1)在應(yīng)用紅外波段具有高透過(guò)率；(2)液晶材料具有低粘度以達(dá)到快速響應(yīng)。

1988年，Wu?S?T等[Wu?S.T.，Cox?R.J.，J.Appl.Phys.，64(2)：821~8261988]提出了4-腈基-4’-戊基-二苯炔結(jié)構(gòu)的紅外液晶材料，該材料在紅外波段具有高透過(guò)率，并且常態(tài)下化學(xué)物理性質(zhì)比較穩(wěn)定，但該材料的粘度較大，制成器件后難以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。

2003年，Wu?S?T等[Wu?S.T.，Wang?Q.H.，Kempe?M.D.，KornfieldJ.A.，J.Appl.Phys.，92(12)：7146~7149?2003]又提出了采用氘(重氫原子，元素符號(hào)D)取代4’-戊基-4-腈基-聯(lián)苯(簡(jiǎn)稱：5CB)液晶分子中的氫原子，可制成D5CB紅外液晶材料。由于重氫原子的原子量為氫原子的2倍，使其在紅外波段的吸收峰大幅度地向低波數(shù)移動(dòng)，消除了3.3μm處碳?xì)滏I的強(qiáng)吸收峰，在3～5μm，8～12μm的重要應(yīng)用區(qū)域獲得了高透過(guò)率。但是D5CB液晶材料合成需要使用重水等極其稀有的化學(xué)試劑，不易制備。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決適用紅外區(qū)域的液晶材料種類少、性能差、難以制備等問(wèn)題，本發(fā)明采用有機(jī)化學(xué)方法，合成4-氟取代-4’-烷基-二苯基炔類液晶材料，目的是提供一種響應(yīng)速度較快、高透過(guò)率的含氟二苯炔結(jié)構(gòu)的紅外液晶材料及其制備方法。

本發(fā)明合成的4-氟取代-4’-烷基-二苯基炔類液晶材料的結(jié)構(gòu)式如下：

其中n為烷基鏈長(zhǎng)，取值范圍是3～9之間。

該液晶材料結(jié)構(gòu)中采用F原子作為極性基團(tuán)，代替了常見(jiàn)液晶分子中的-CN基團(tuán)，消除了它位于4.49μm處的紅外強(qiáng)吸收峰，而且沒(méi)有因?yàn)镕原子的引入而產(chǎn)生新的紅外吸收。該液晶材料在1～1.5μm，3～5μm，9～12μm的重要應(yīng)用紅外區(qū)域具有高透過(guò)率特性。此外，含氟元素的液晶材料粘度大幅度降低，制成的紅外液晶器件具備響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

本發(fā)明采用的合成方法如下：首先使用4-烷基苯芐基氯與苯甲醛反應(yīng)獲得二苯乙烯類物質(zhì)；接著，進(jìn)行二溴代制成二溴代烷；最后進(jìn)行強(qiáng)堿性條件下的消去反應(yīng)得到二苯基炔液晶。

制備該液晶材料使用的化學(xué)原材料為：4-烷基苯芐基氯，亞磷酸乙酯，乙醇鈉，對(duì)氟苯甲醛，溴，二氯甲烷，甲苯，叔丁醇鉀，二甲基甲酰胺。試劑級(jí)別為分析純。

為了更清楚地理解本發(fā)明，下面詳述這種紅外液晶材料的化學(xué)制備過(guò)程和性質(zhì)測(cè)試方法：

1、取x摩爾的分析純4-烷基苯芐基氯固體，烷基鏈長(zhǎng)n為3～9之間的任意數(shù)值之一，放入反應(yīng)器皿中，加入1.1x～1.3x摩爾的亞磷酸乙酯，加熱至100℃保持2小時(shí)。冷卻到室溫后加入80x～100x摩爾的二甲基甲酰胺和8x～10x摩爾的乙醇鈉，形成質(zhì)量百分比為10～30％的溶液，冷卻到0℃。然后，滴加與4-烷基苯芐基氯等摩爾量的對(duì)氟苯甲醛。室溫下攪拌1小時(shí)。反應(yīng)完成后加入200x～300x摩爾的蒸餾水，有固體析出。過(guò)濾，重結(jié)晶得到產(chǎn)物1-(4-氟苯基)-2-(4’-烷基苯基)-乙烯。反應(yīng)方程式如下：

其中n為烷基鏈長(zhǎng)，是3～9之間的一個(gè)確定值。

2、將步驟1的產(chǎn)物1-(4-氟苯基)-2-(4’-烷基苯基)-乙烯y摩爾溶解于二氯甲烷中，配置成質(zhì)量百分比10～20％的溶液，在攪拌的情況下滴加1.00y～1.05y摩爾的溴。反應(yīng)完成后，蒸出二氯甲烷，重結(jié)晶得到白色固體產(chǎn)物1-(4-氟苯基)-2-(4’-烷基苯基)-1，2-二溴-乙烷。反應(yīng)方程式如下：