[发明专利]一种氯代氮杂环液晶化合物及其液晶组合物

说明书

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种氯代氮杂环液晶化合物及其液晶组合物，适用于中红外液晶光学相控阵、液晶光阀及液晶光调制器件。

背景技术

中红外波段是重要的大气窗口波段，基于中红外波段的光学器件在光通讯、应用于国防及航天航空领域的红外导引技术、应用于光谱成像探测仪的液晶法布里-珀罗器件等方面具有广阔的应用前景。液晶材料由于其优异的电场、磁场、光场等外场调谐特性，可应用于中红外调制。基于液晶的中红外光子器件具有驱动电压低、相位调制深度大、可调控波谱广等独特优点，受到越来越广泛的关注。然而，中红外液晶光学器件应用面临两个主要的问题：(1) 常规的液晶材料在中红外波段具有明显的吸收，这不仅会使中红外液晶器件的光损失增加，还会产生严重的光致热效应，导致器件损坏；(2)为获得相同的相位调制量，中红外液晶光学器件所需的液晶层厚(d)更大，这会导致器件的响应速度过慢。

为提高中红外液晶器件的响应速度，期刊Optical Materials Express,2015,5,265-273,题名为“Fast-response infrared phase modulator based on polymer network liquid crystal”的论文采用聚合物网络液晶(PNLC)的方法，降低聚合物网络液晶的畴尺寸，将中红外液晶器件的响应速度由830毫秒提升至1.2毫秒。研究还发现，随着液晶材料的粘度增大，聚合物网络液晶(PNLC) 的畴尺寸会减少，响应速度变快；因而，大的粘度有利于提高聚合物网络液晶(PNLC)的响应速度。然而，PNLC面临主要的问题是：驱动电压过高。PNLC驱动电压可用下式进行描述：其中为λ器件工作波长，d₁为畴尺寸，Δn为液晶的双折射率，Δε为液晶的介电各向异性，K为液晶的弹性常数。由式可知，提高液晶材料的双折射率和介电各向异性可直接降低驱动电压。因此，应用于中红外波段液晶化合物应具有高的中红外透过率、高的双折射率及大的介电各向异性值。

期刊Liquid Crystals,2014,41,1545-1552,题名为“Low loss liquid crystals for infrared applications”的论文中揭示了如下结构的液晶材料：

这两个化合物在4～5μm窗口具有低的吸收系数，然而该类液晶双折射率(Δn)及介电各向异性值(Δε)较小。如以化合物(1)和(2)按照60％：40％得到的混合液晶Mix II，其在25、℃ 633nm条件下的Δn仅为0.22，Δε仅为7.82。

期刊Optical Materials Express,2015,5,1281-1288,题名为“Low absorption chlorinated liquid crystals forinfrared applications”的论文报道了一种基于化合物1～4的液晶配方IR-M2。

液晶配方IR-M2在中红外波段具有低的吸收，然而其介电各向异性值和双折射较小 (Δε＝6.89,23℃,1kHz；Δn＝0.22,25℃,633nm)。

发明内容

为了克服背景技术中存在的不足和缺陷，本发明提供一种在中红外波段具有高透光率、双折射率高、介电各向异性值大的氯代氮杂环液晶化合物，以及应用该液晶化合物的组合物。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种氯代氮杂环液晶化合物，其特征在于，其结构通式如(I)所示：

其中R表示碳数1～9的直链烷基、烷氧基、烷硫基；A为苯环或环己烷；n＝0、1、2； B为碳原子或氮原子；Cl(x)、Cl(y)均表示苯环上任意位置氯原子取代，x、y表示氯原子的取代个数，其取值为0～4。

R优选为碳数2～7的直链烷基、烷氧基；n优选为0,1；x,y优选为0～2；

优选方案：所述的氯代氮杂环液晶化合物，具体结构式如下：

本发明还提供一种中红外高透过率的液晶组合物，该组合物至少包含通式(I)所示的液晶化合物，且重量百分含量不小于10％。该组合物含包含有重量为2％～30％的通式(II)所示化合物、2％～10％的通式(III)所示化合物：