弯曲形小分子稳定蓝相液晶的物理机理、分子设计、合成及器件性能研究

蓝相液晶是近年来新兴的光学材料，由于液晶在蓝相态呈现三维晶格结构，分子排列宏观上各向同性且具有微秒级的响应速度，因而在高世代液晶显示器及微纳光子器件领域有广阔的应用前景。但蓝相液晶至今还无法真正应用，瓶颈有二，一为相温区过窄；二为驱动电压过高。目前为了解决上述问题所广为采用的方法主要有聚合物稳定蓝相液晶和化学合成宽温区蓝相液晶材料。然而这两种方法很难兼顾宽温区和低驱动电压，且存在明显的技术操作难度。近期我们在研究中发现具有弯曲几何结构的小分子能拓宽蓝相温区，但其中的机理问题很不明了，然而这是一个非常值得研究的关键问题，因为在体系不存在聚合物强锚定作用时，小分子稳定蓝相对液晶驱动电压不会产生很大影响，瓶颈问题可基本克服。故本项目决定对弯曲形小分子稳定蓝相进行深入研究，在物理机理研究的同时进行弯曲形分子结构的设计、合成，最终制备出宽温区、低驱动电压的蓝相液晶材料并运用到器件。

蓝相液晶具有光学各向同性和高速响应的特点，因而在下一代显示技术及光子学领域具有深远的研究意义。然而其狭窄的温域是当前面临的首要问题，传统的方法虽然能拓宽温域，但也导致了调谐性差的问题，因而寻找新的宽温域蓝相材料显得非常迫切而重要。.基于上述问题，本课题提出使用弯曲形小分子稳定蓝相液晶的新思路，希望借此在不影响蓝相液晶调谐性能的条件下获得宽温域的新型蓝相液晶材料。为了达到研究目的，项目依次进行了如下几个方面的研究：.(1)从能量角度分析了弯曲形分子稳定蓝相液晶的物理机理，并以此为依据从分子偶极矩、弯曲角度、共轭长度、端基链长，四个方面进行弯曲形分子的结构设计；.(2)表面锚定作用对弯曲形分子稳定蓝相液晶的物理机理分析，并研究了蓝相液晶温域对液晶盒Cell-gap的依赖性；.(3)弯曲形分子稳定蓝相液晶的电光性能，并于传统的聚合物稳定蓝相液晶的电光性能进行比较；.(4)偶氮基小分子介入基于蓝相液晶的光学各向同性液晶的光、电调控特性及器件性能；.(5)基于蓝相液晶等手性自组装体系的电、光调谐光激射性能与调控性能。.通过上述研究获得了如下成果：.(1)几何结构是弯曲形小分子诱导蓝相的主要原因；.(2)分子结构高共轭性，端基长链有利于获得宽温区蓝相；.(3)采用弯曲形分子的低聚体增加共轭长度能拓宽蓝相温区；.(4)由于弯曲形分子的巨挠曲电效应以及表面离子效应，液晶盒Cell-gap对弯曲形分子稳定蓝相液晶的温域有显著影响；.(5)获得了温度区间35℃，驱动电场3.3V/μm的蓝相液晶，当电极间距为2.5 μm时，驱动电压不到10V，可满足当前基于TFT驱动的液晶器件的应用要求；.(6)采用偶氮基小分子获得了光可调控的宽温域蓝相液晶，以及电调控的非偏振依赖、高对比度的显示器件；.(7)获得了10V以下电可调谐的液晶自组装激光，以及宽波长范围光可调的液晶自组装喷涂式激光。.上述研究成果均达到或超过项目申请书的要求，基于这些成果, 截至目前在国际主流期刊上共发表SCI论文10篇（均为第一作者或通讯作者），其中JCR二区以上7篇；另有一篇已投稿，还有一篇正在准备中；申请发明专利5项，其中获美国专利授权2项，中国专利授权1项；获得来自国外学术机构的奖励2项。