[发明专利]一种含氟二苯炔结构的红外液晶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料的结构与制备领域，涉及到液晶材料的结构、合成和性质。本发明合成了一种结构为4-氟取代-4’-烷基-二苯基炔，适用于红外波段的液晶材料。该材料具有红外区的高透过率和低粘度，可用来制作高速响应的红外液晶光调制器件。

背景技术

液晶器件具有轻质、便携、环保、可与集成电路(IC)匹配等优点。从真正可以实用化的产品出现以来，液晶器件作为一种光调制器件获得了广泛的应用。例如，作为人机交流界面的液晶显示器、光互联中的液晶光阀、可电控制透过率的光窗等等。在这些应用中，由于需要调制的光大多为可见光波段(400～700nm)，所以人们对器件使用液晶材料的研究主要集中在了可见光波段。

随着网络、通讯等行业的迅速发展，人们普遍使用红外波段进行光通讯。此外，国防和航空航天方面也需要红外光波段的显示技术和观测技术，因此人们迫切需要可调制红外光的液晶作为光阀、调制器等元件的材料。红外波段的液晶材料需满足如下要求：(1)在应用红外波段具有高透过率；(2)液晶材料具有低粘度以达到快速响应。

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-二苯炔结构的红外液晶材料，该材料在红外波段具有高透过率，并且常态下化学物理性质比较稳定，但该材料的粘度较大，制成器件后难以实现快速响应。

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(重氢原子，元素符号D)取代4’-戊基-4-腈基-联苯(简称：5CB)液晶分子中的氢原子，可制成D5CB红外液晶材料。由于重氢原子的原子量为氢原子的2倍，使其在红外波段的吸收峰大幅度地向低波数移动，消除了3.3μm处碳氢键的强吸收峰，在3～5μm，8～12μm的重要应用区域获得了高透过率。但是D5CB液晶材料合成需要使用重水等极其稀有的化学试剂，不易制备。

发明内容

为了解决适用红外区域的液晶材料种类少、性能差、难以制备等问题，本发明采用有机化学方法，合成4-氟取代-4’-烷基-二苯基炔类液晶材料，目的是提供一种响应速度较快、高透过率的含氟二苯炔结构的红外液晶材料及其制备方法。

本发明合成的4-氟取代-4’-烷基-二苯基炔类液晶材料的结构式如下：

其中n为烷基链长，取值范围是3～9之间。

该液晶材料结构中采用F原子作为极性基团，代替了常见液晶分子中的-CN基团，消除了它位于4.49μm处的红外强吸收峰，而且没有因为F原子的引入而产生新的红外吸收。该液晶材料在1～1.5μm，3～5μm，9～12μm的重要应用红外区域具有高透过率特性。此外，含氟元素的液晶材料粘度大幅度降低，制成的红外液晶器件具备响应速度快的特点。

本发明采用的合成方法如下：首先使用4-烷基苯苄基氯与苯甲醛反应获得二苯乙烯类物质；接着，进行二溴代制成二溴代烷；最后进行强碱性条件下的消去反应得到二苯基炔液晶。

制备该液晶材料使用的化学原材料为：4-烷基苯苄基氯，亚磷酸乙酯，乙醇钠，对氟苯甲醛，溴，二氯甲烷，甲苯，叔丁醇钾，二甲基甲酰胺。试剂级别为分析纯。

为了更清楚地理解本发明，下面详述这种红外液晶材料的化学制备过程和性质测试方法：

1、取x摩尔的分析纯4-烷基苯苄基氯固体，烷基链长n为3～9之间的任意数值之一，放入反应器皿中，加入1.1x～1.3x摩尔的亚磷酸乙酯，加热至100℃保持2小时。冷却到室温后加入80x～100x摩尔的二甲基甲酰胺和8x～10x摩尔的乙醇钠，形成质量百分比为10～30％的溶液，冷却到0℃。然后，滴加与4-烷基苯苄基氯等摩尔量的对氟苯甲醛。室温下搅拌1小时。反应完成后加入200x～300x摩尔的蒸馏水，有固体析出。过滤，重结晶得到产物1-(4-氟苯基)-2-(4’-烷基苯基)-乙烯。反应方程式如下：

其中n为烷基链长，是3～9之间的一个确定值。

2、将步骤1的产物1-(4-氟苯基)-2-(4’-烷基苯基)-乙烯y摩尔溶解于二氯甲烷中，配置成质量百分比10～20％的溶液，在搅拌的情况下滴加1.00y～1.05y摩尔的溴。反应完成后，蒸出二氯甲烷，重结晶得到白色固体产物1-(4-氟苯基)-2-(4’-烷基苯基)-1，2-二溴-乙烷。反应方程式如下：