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研究生:王惠君
研究生(外文):Hui-Chun Wang
論文名稱:環狀末端基與苯環末端基對液晶相行為的影響
論文名稱(外文):Study of the influence of the terminal groups of cycloalkyl and phenyl ring on the liquid crystal phase behavior
指導教授:蔡文亮蔡文亮引用關係
指導教授(外文):Wen-Laing Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄師範大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:212
中文關鍵詞:棒狀液晶鐵電性液晶環狀末端基
外文關鍵詞:rod-like liquid crystalsferroelectric liquid crustalscycloalkyl ring on the liquid crystal
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為了完整且系統性地研究末端基結構和核心分子結構對液晶相行為的影響。本論文共合成了十個系列的液晶化合物,這些目標分子整理如下表所示:

系列 代號
一 CnAL*
二 CnAR3
三 CnA2R3
四 CnBR3
五 CnBR4
六 CnBR5
七 CnBR6
八 CnA3P
九 CnB2P
十 CnB3P
經由結果比較可知:
(1)若將液晶分子的掌性末端基由掌性醇(系列A)置換成掌性羧酸(系列一) 時,雖然SmC*相的溫寬變窄,但仍具有單一液晶分子中罕見的液晶相順序K-SmC*-SmA-N*-I,且自發極化值甚至提升三倍左右。
(2)環烷末端基與剛硬苯環末端基並不會抑制SmC與SmC*相出現的可能性,並且這些液晶相普遍出現在長碳鏈的分子;相反的,隨著分子碳鏈增長,N相與N*相溫寬有縮短甚至消失的趨勢。
(3)當改變末端基烷環大小時,雖然對液晶相次序影響不大,但對液晶相溫寬卻有其一定的影響趨勢:隨著末端基的環愈大,N相與SmA相愈不容易出現,但是對SmC相形成的可能性反而提升。
(4)不論末端基是剛硬的苯環或是較柔軟的環烷基,其核心若為苯-聯苯則較有利於向列相的形成;若核心為聯苯-苯反而有利於層列相的產生。
Ten series of liquid crystal compounds were synthesized for a complete and systematical study of the relationship between the structures of terminal groups or core moieties and the mesogenic phase behavior. These target molecules are summarized in the following table.

series name
1 CnAL*
2 CnAR3
3 CnA2R3
4 CnBR3
5 CnBR4
6 CnBR5
7 CnBR6
8 CnA3P
9 CnB2P
10 CnB3P
Some results are worth noticing:
(1) The liquid crystal phase sequence K-SmC*-SmA-N*-I and an increase of Ps value are obtained when carboxylic acid (series 1 ) instead of alcohol (series A) is used as the chiral terminal group. However, the temperature range of SmC* phase becomes narrower.
(2) The terminal groups of cycloalkanyl and benzene ring will not suppress the formation of SmC and SmC* phase. These mesogenic phases generally appear in the liquid crystal molecules with a long alkoxy chain. The longer the alkoxy chain is, the narrower is the temperature range of N and N* phase, or even disappear of these phases.
(3) The ring size of terminal cycloalkanyl groups have a little influence on the formation of the liquid crystal phases. The bigger the terminal group is, the more difficult is the formation of N and SmA phases. On the other hand, it tends to favor the formation of SmC phase.
(4) No matter the terminal group is composed of a hard benzene ring or a flexible cycloalkanyl ring, the phenyl-biphenyl core moiety favors the formation of N phase. But the biphenyl-phenyl core moiety favors the formation of SmA phase.
中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ
英文摘要………………………………………………………………..Ⅲ
目錄……………………………………………………………………..Ⅴ
圖目錄…………………………………………………………………..Ⅷ
表目錄…………………………………………………………………..XI
第一章 液晶簡介………………………………………………………..1
1-1 液晶的發現………………………………………………………….2
1-2 液晶的種類………………………………………………………….3
1-2-1 形成方式…………………………………………………... .3
1-2-2 分子形狀…………………………………………………….6
1-3 棒狀熱向型液晶的分類…………………………………………….7
1-3-1向列型液晶( Nematic liquid crystals )……………………….9
1-3-2 層列型液晶( Smectic liquid crystals )……………………...13
1-4 液晶相的鑑定方法………………………………………………...20
第二章 掌性液晶……………………………………………………..24
2-1 掌性液晶簡介……………………………………………………...24
2-1-1 掌性分子的合成…………………………………………...24
2-1-2 掌性液晶的合成方法……………………………………...25
2-2 掌性液晶分子……………………………………………………...28
2-2-1 掌性向列型液晶( N*;Ch )…………………………………28
2-2-2 掌性層列型液晶( chiral smetic liquid crystals )…………...30
2-3 鐵電性液晶 (Ferroelectric liquid crystals)……………………......33
2-3-1 鐵電性液晶的起源………………………………………...34
2-3-2 鐵電性液晶的物性………………………………………...37
2-3-3 反鐵電性液晶 (Antiferroelectric liquid crystals)…………39
2-3-4 彎曲核液晶 (Bent-core liquid crystals)……………………40
第三章 研究動機………………………………………………………48
第四章 實驗部分………………………………………………………54
4-1 試藥與儀器………………………………………………………...54
4-1-1 藥品………………………………………………………...54
4-1-2 溶劑………………………………………………………...57
4-1-3 儀器………………………………………………………...58
4-2目標分子規劃………………………………………………………59
4-3合成途徑……………………………………………………………63
4-4 實驗合成方法……………………………………………………...68
第五章 結果與討論…………………………………………………..169
5-1各系列化合物之液晶物性………….…………………………….171
5-2 化學結構對液晶相行為的影響…………………………………182
5-2-1 掌性末端基……………………………………………….182
5-2-2 環烷末端基……………………………………………….185
5-2-2-1 不同環烷末端基對液晶相行為的影響………..185
5-2-2-2 剛硬核心聯苯-苯對調後對液晶相行為的影響189
5-2-2-3 末端環烷鏈長度對液晶相行為的影響………..191
5-2-3 苯基氧烷末端基………………………………………….194
第六章 結論…………………………………………………………..199
第七章 參考文獻……………………………………………………..201
第八章 附錄…………………………………………………………..204
圖1-1 安息香酸膽固醇酯………………………………………………2
圖1-2 Friedrich Reinitzer………………………………………………3
圖1-3 Otto Lehmann…………………………………………………...3
圖1-4 D. Vorländer……………………………………………………..3
圖1-5 單變型液晶………………………………………………………5
圖1-6 雙變型液晶………………………………………………………5
圖 1-7 中間相的分類…………………………………………………...8
圖1-8 液晶相的變化順序………………………………………………8
圖1-9 向列相分子堆積圖……………………………………………..10
圖1-10 droplet紋理圖與schileren狀紋理圖………………………….10
圖1-11 STN型與TN型液晶分子……………………………………..12
圖1-12 液晶分子堆積分類圖…………………………………………15
圖1-13 SmA相分子排列………………………………………………16
圖1-14 SmA紋理圖……………………………………………………17
圖1-15 SmC相的分子排列…………………………………………….17
圖1-16 SmA相轉變成SmC相的紋理圖……………………………..18
圖1-17 SmA、SmC、SmB、SmF與SmI的關係圖…………………19
圖1-18 SmG相分子堆積形狀………………………………………….20
圖2-1 掌性向列型液晶分子堆積結構圖……………………………..28
圖 2-2 掌性層列型液晶自發極化現象圖…………………………….31
圖2-3 掌性液晶相的變化圖…………………………………………..32
圖2-4 掌性層列C相分子螺旋結構圖………………………………..33
圖2-5鐵電性液晶受電場改變的雙穩定狀態…………………………37
圖2-6 Ps值與溫度的關係圖………………………………………….37
圖2-7 鐵電性液晶的顯示原理………………………………………..38
圖2-8 鐵電相與反鐵電相的轉換過程………………………………..40
圖2-9 反鐵電相的螺旋結構…………………………………………..40
圖2-10 B2相的grainy紋理圖…………………………………………42
圖2-11 B2相中四種典型的分子堆積結構……………………………42
圖2-12 B1 mosaic texture………………………………………………43
圖2-13 B7紋理圖……………………………………………………….43
圖2-14 B6分子堆積圖與扇型紋理圖…………………………………44
圖2-15 B3相的紋理圖…………………………………………………44
圖3-1圖3-1化合物1、A和B的結構……………………………….48
圖3-2傾斜層列相的典型分子結構圖…………………………………50
圖5-1-1 系列一液晶相變化圖……………………………………….171
圖5-1-2 系列二液晶相變化圖……………………………………….172
圖5-1-3 系列三液晶相變化圖……………………………………….173
圖5-1-4 系列四液晶相變化圖……………………………………….174
圖5-1-5 系列五液晶相變化圖……………………………………….175
圖5-1-6 系列六液晶相變化圖……………………………………….176
圖5-1-7 系列七液晶相變化圖……………………………………….177
圖5-1-8 系列八液晶相變化圖……………………………………….178
圖5-1-9 系列九液晶相變化圖……………………………………….179
圖5-1-10 系列十液晶相變化圖……………………………………...180
圖5-2-1 系列A與系列一液晶相變化圖……………………………183
圖5-2-2 系列A與系列一N、SmA與SmC相溫寬比較圖……….183
圖5-2-2-1 系列二與系列B~D液晶分子液晶相變化圖……………186
圖 5-2-2-2 N、SmA與SmC相溫寬比較圖………………………. 187
圖 5-2-2-2-1系列四~系列七液晶分子液晶相變化圖………………189
圖 5-2-2-2-2 N、SmA與SmC相溫寬比較圖……………………..190
圖5-2-2-3-1系列二與系列三液晶分子液晶相變化圖………………192
圖5-2-2-3-2 系列二與系列三之N、SmA與SmC相溫寬比較圖…193
圖5-2-3-1 系列E與F之液晶相變化圖…………………………….196
圖5-2-3-2 系列E與F之液N、SmA與SmC相溫寬比較圖……..197
表1-1 液晶形成方式分類表……………………………………………4
表1-2 層列相分類表…………………………………………………..14
表2-1 掌性向列型液晶螺旋方向統計表……………………………..29
表2-2 B1~b7相的特徵表………………………………………………45
表3-1 化合物A與B具SmC相之分子結構………………………...49
表5-2-1 系列A與系列一液晶分子之液晶相行為整理表………….182
表5-2-2-1 系列B~D與系列二液晶分子之液晶相行為整理表……185
表5-2-2-3-1系列二與系列三液晶分子之液晶相行為整理表………191
表5-2-3-1 系列E與F之液晶相行為……………………………….194
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