液晶材料分子结构与相变温度相关性机械旋转模型研究

物质的相变和临界现象一直是凝聚态物理学科的重要研究课题。本项目利用量子化学方法研究分子结构及其转动特征，将平均场中分子旋转作为一个新的自由度来描述液晶材料的低温有序相到高温无序相转变，揭示分子结构对材料相变影响的物理机制。该课题将分子看作转子，通过优化分子结构，研究分子的中心、质心、偏心以及转动常数等参数对分子转子自身在分子场中转动时的平衡性和稳定性，进而评价旋转对物质热相变的作用效果。该研究是在凝聚态物质相变平均场理论基础上，考虑分子旋转而建立的一个新的理论模型，特别是通过研究分子同分异构体以及含有同位素的液晶物质的相变，有望对相变平均场理论进行一些补充。研究提出一种简单的数值模拟方法，可以有效预测相转变温度变化的趋势，因此对于改善分子设计方法具有一定的理论意义和应用价值。

液晶材料的相变和临界现象一直是该领域的重要研究课题。本项目通过对实验数据的分析，利用量子化学方法研究分子结构及其转动特征，将平均场中分子旋转作为一个新的自由度来描述液晶材料的低温有序相到高温无序相转变，揭示分子结构对材料相变影响的物理机制。几年来，通过对不同质量的系列胆甾相液晶材料的研究,发现材料的相变温度随着分子的变长而降低。我们利用液晶分子的机械旋转模型给予了很好的解释。对另外一种材料，5-n-Alkyl-2-(4-n-alkoxy-phenyl)-pyrimidine液晶材料分析发现，该类液晶材料存在多相相变现象，其相变温度具有规律性，分子两端的柔性烃链对相变温度具有明显的支配作用，能够为我们的旋转机械模型提供较好的支撑作用，得出了液晶分子的转动惯量、分子转速、质心和偏心等机械参量，经过和转变温度的关联，发现其具有规律性，得到了一些重要结果。通过分析液晶材料的分子结构与相变的关系,发现该相关性支持作者前期研究中提出的 slim 和fat 分子结构现象,为液晶分子的机械旋转模型提供了新的证据。该研究拓宽了液晶分子机械旋转模型的应用范围。同时，在液晶混合物物理性质、液晶半导体及其在有机聚合物光伏效应方面也进行了一些实验研究，得到了一些有意义的结果。