利用非共价键作用调控盘状液晶性质

摘要

盘状液晶分子容易沿π-π方向有序堆积，从而在一维柱状相方向具有高的载流子迁移率，并且由于液晶态分子的活动性，盘状液晶材料具有自修复缺陷的特性。高的载流子迁移率和自修复的材料特性使盘状液晶材料在光电领域具有潜在的应用前景。要将盘状液晶材料真正应用于在光电器件上，需要解决两方面的问题：首先如何得到有较宽液晶温度区间并具有室温液晶性的材料，其次如何实现盘状分子的宏观长程有序排列，本论文针对这些问题，通过共混的方法调控柱状相堆积驱动力的强弱和类别，达到提高堆积有序性和拓宽液晶温度区间的目的。
　　本论文首先以六己基三亚苯（H6TP）和氮杂三亚苯衍生物（PBH）共混物为研究对象，由于PBH分子的引入，烷基链堆叠作用相比于π–π作用增强，从而使液晶堆叠方式发生变化，进而拓宽液晶温度区间。然后选取H6TP为给体，苝二酰亚胺类衍生物（PDI）为受体，由于弱电荷转移作用和给受体分子尺寸的匹配性，拓展了液晶温度区间，实现室温液晶性。主要结论如下：
　　（1）PBH的引入使H6TP的烷基链堆叠作用相比于π–π作用增强，实现液晶相转变，拓宽液晶温度区间。单组分H6TP材料液晶温度区间为91℃–53℃（六方柱状相），当少于33％的PBH分子引入到共混体系中时，PBH的引入破坏了H6TP分子的堆叠，从而使清亮点温度降低，随着PBH含量的进一步增加，液晶堆叠方式从六方柱状相变为四方柱状相，液晶相类型的变化导致了液晶温度区间的扩大（144℃–44℃）。推测由于PBH分子的引入，相比于共混体系中的π–π作用，烷基链堆叠作用相对增强从而使液晶相类型和相转变温度发生变化。
　　（2）将富电性的H6TP分子和缺电性的PDI分子共混，由于两分子间的电荷转移作用和尺寸匹配，两者形成了交叉柱状相，从而拓宽了液晶温度区间，并实现了室温液晶性。相比于单组分 H6TP（91℃–53℃）和PDI（120℃-110℃）的液晶温度区间，H6TP/PDI=1/2（136℃–室温）、1/1（135℃–31℃）和1/0.5（123℃–31℃）共混物的清亮点温度均有所升高，结晶温度有所降低。并且采取从熔融态降温的方法进行后处理时，H6TP/PDI共混物均能实现分子垂直于基底排列，并且这种取向结构能够稳定至室温条件下，但当采取同样的方法处理时，室温条件下H6TP分子无明显取向排列，PDI分子平行于基底排列。通过 H6TP/PDI共混物溶液中内核上氢化学位移的变化和共混薄膜荧光淬灭现象证实两分子间存在弱的电荷转移作用。

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1 绪论

1.1 盘状液晶的基本性质

1.1.1盘状液晶的组成单元

1.1.2 盘状液晶材料的液晶相分类

1.1.3盘状液晶分子取向方式

1.2 盘状液晶材料的分类

1.2.1 p型盘状液晶材料

1.2.2 n型盘状液晶材料

1.2.3 双极型盘状液晶材料

1.3 调控盘状液晶分子性质的非共价键作用

1.3.1 氢键

1.3.2 电荷转移作用

1.3.3 偶极作用

1.3.4 CPI作用

1.4 盘状液晶材料在有机光电领域的应用

1.4.1 有机太阳能电池（OPV）

1.4.2 有机场效应晶体管（OFETs）

1.4.3 有机发光二极管（OLED）

1.5 本文的设计思路

2 利用互补性的盘状分子调控液晶堆叠方式和温度区间

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 材料和试剂

2.2.2 样品制备

2.2.3 表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 共混物相转变温度随PBH含量增加的变化

2.3.2 H6TP/PBH共混物从六方柱状相到四方柱状相的结构变化

2.3.3 柱状相类型转变的驱动力：烷基链的堆积作用和π-π 作用竞争的结果

2.4 本章小结

3利用电荷转移作用构筑室温垂直于基底取向的给受体交叉柱状堆积薄膜

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 材料和试剂

3.2.2 样品制备

3.2.3 表征方法

3.3 结果和讨论

3.3.1 H6TP/PDI共混物的液晶性质

3.3.2 样品制备

3.3.3 驱动力：H6TP/PDI的电荷转移作用和分子大小的匹配性

3.4 本章小结

4 结论

参考文献

个人简历、已发表和整理的文章

致谢