[发明专利]一种新型室温阳离子液晶材料

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种新型室温阳离子液晶材料，其是通过在传统的离子型有机分子中引入适当位阻，利用位阻的空间阻碍效应来减弱分子间相互作用，进而制备得到的一种新型室温阳离子液晶材料。

背景技术

离子液晶兼有传统液晶材料的各向异性、流动性、响应性及离子液体的低挥发性、电化学稳定性和不易燃烧性等特征，是一类新的功能材料。它可作为各向异性的离子导体材料，合成无机分子筛、微孔、介孔及纳米材料的绿色模版剂，及有序的化学反应介质等。特别要强调的是阳离子液晶作为各向异性的离子导体材料在离子电池和染料敏化太阳能电池等方面具有重要的应用潜力。阳离子液晶中的离子基部分作为极性微环境，可以促进金属盐(如锂盐)的解离；各向异性的液晶结构为离子的传输提供了特定的路径和通道；液晶的流动性会加速离子的迁移和传输。到目前为止，已经见诸报道的阳离子液晶不下一万个，但是真正能作为电解质材料用于离子电池的却极为稀少。这是因为离子电池中所用的阳离子液晶材料要求具有低的液晶温度(通常是室温或更低温度)和较宽的液晶区间，而绝大多数阳离子化合物只有在较高温度下才具有液晶性质，在室温时则形成有序的固体，这在很大程度上限制了其实际应用。究其本质，难以获得室温阳离子液晶的原因是由于离子型有机分子的两亲性造成的。阳离子液晶通常是由极性的阳离子头(如季铵盐、季磷盐、吡啶盐、咪唑盐等)，疏水链及抗衡的阴离子三部分组成，这类分子间强烈的微相分离，聚集等相互作用常常会导致其在室温时形成高度有序的固体。为了获得室温阳离子液晶材料，人们主要通过减少疏水链长度或增加分子中抗衡阴离子的尺寸以降低分子间的范德华作用，但这些方法只适用于烷基链长度在八至十二个碳原子的阳离子化合物及一些特殊的抗衡离子。这不仅限制了室温离子液晶材料的种类和数目也极大的限制了实际应用时对室温阳离子液晶材料的选择。考虑到室温阳离子液晶材料的重要应用潜力，制备新颖的室温阳离子液晶材料是非常有必要的。在本发明中我们通过一种简单易行的合成方法制备了一类新型室温阳离子液晶材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型室温阳离子液晶材料。制备的阳离子液晶材料其疏水链的长度及抗衡阴离子可以在很大程度上进行灵活的选择。

本发明的实施方案是：通过化学合成的方法在阳离子型化合物的疏水链侧位引入适当取代基，利用侧位取代基的空间位阻来减弱分子间的聚集作用，进而获得室温阳离子液晶材料。

1)阳离子液晶材料的分子结构设计

本发明涉及的室温阳离子液晶材料是由阳离子头基、抗衡阴离子、疏水链以及侧位取代基四部分构成。其中，取代基的位置、大小及整个分子的拓扑结构是实现室温阳离子液晶的关键。

依据取代基位置及分子拓扑结构的差异，本发明中所设计的室温阳离子液晶材料可分为两类：

第一类，阳离子头与疏水链间呈直线状结构(简称为线型结构)，取代基在疏水链的侧位，其结构式分别如下：

其中：阳离子

取代基

阴离子B^-＝Cl^-；Br^-；l^-

x，y均为整数且3≤x≤11，3≤y≤11。

第二类，阳离子与疏水链间通过侧位取代基相连，整个分子呈T型结构(简称为T型结构)，其结构式分别如下：

其中：阳离子

取代基

阴离子B^-＝Cl^-；Br^-；l^-

x，y均为整数且3≤x≤11，3≤y≤11。

2)室温阳离子液晶的合成

依据本发明中设计的两种分子结构类型，其合成方法有所差异：

第一类分子(I)和(III)的合成是先利用亲核取代反应或酯化反应将取代基R₁修饰到苯酚衍生物的侧位，然后与二卤代烷通过亲核取代反应合成侧位含取代基R₁的单卤代烷，用合成的侧位含取代基R₁的单卤代烷与三级胺(如三甲基胺或三乙基胺)、甲基咪唑或吡啶等进行一步成盐反应即可合成分子(I)，用合成的侧位含取代基R₁的单卤代烷与二级胺或4’，4-联吡啶等进行两步成盐反应，即可合成分子(III)。