一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物

摘要

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，将双轴液晶分子按比例添加到向列相液晶混合物中，该体系的组分按质量百分比分别为：高介电各向异性的向列相液晶混合物80～95％，双轴液晶分子5～20％，制备方法是将选定的双轴液晶分子和高介电各向异性的向列相液晶混合物搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物，混合物中添加了双轴液晶分子，对母体液晶分子具有诱导取向作用，进而增加液晶混合物在电场作用下的热力学熵变，提高绝热温变，最大绝热温变可达10.27℃，本发明体系稳定性好，粘度低，电场响应速度快。

说明书

技术领域

本发明涉及液晶材料与制冷材料技术领域，具体涉及一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物。

背景技术

电热效应指的是热电体在绝热条件下，当外加电场引起永久极化强度改变时，其温度将发生变化的现象。它是热释电效应的逆效应。电热效应最主要的应用在于使用具有电热效应的材料来代替目前制冷主要采用的蒸汽冷凝循环。蒸汽冷凝循环所采用的压缩机可用功率较低，只有30％的功率用于制冷，并且所使用的氟系制冷材料是造成温室效应的主要来源。

目前电热效应研究较多的是陶瓷材料，研究表明含铅的陶瓷材料比无铅陶瓷具有更高的电热效应，但是铅作为重金属之一，对环境亦存在着一定的污染。陶瓷用作制冷材料，最大制冷温度通常在其居里温度附近，一般陶瓷材料的居里温度则要高于100摄氏度，这需要添加额外的冷却液体和循环冷却装置，增加了制备成本和后期维护费用。为此，人们将目光转向了液晶材料，它们的分子取向和偶极状态能够被外加电场很容易的控制，在高的电压作用下具有更长的使用寿命，且可通过分子设计和混配获得最大制冷温度在室温的材料。这种材料对环境没有污染，具有较好的应用前景。但是单一的液晶材料获得最大绝热温变的温度一般高于室温，需要添加额外的加热系统，增加了能量损耗，另外单一液晶材料获得的绝热温变一般较低，无法满足实际需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，混合物中添加了双轴液晶分子，它对母体液晶分子具有诱导取向作用，进而增加液晶混合物在电场作用下的热力学熵变，提高绝热温变，最大绝热温变可达10.27℃。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，将双轴液晶分子按比例添加到向列相液晶混合物中，该体系的组分按质量百分比分别为：高介电各向异性的向列相液晶混合物80～95％，双轴液晶分子5～20％。

所述的双轴液晶分子为噻吩类液晶分子或恶二唑类液晶分子，其分子结构为：

其中五元环中的X为O或者S，Y、Z为C或者N，R为C₃～C₁₂的直链烷基。

所述的高介电各向异性的向列相液晶混合物，其配方为：

所述的基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物的制备方法，包括以下步骤：将选定的双轴液晶分子和高介电各向异性的向列相液晶混合物加入到圆底烧瓶中，搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物。

本发明的混合物的具有大的介电各向异性，在电场作用下能够快速的取向，在撤销电场的条件下，又会恢复到初始的取向行为，在这个转变过程中，液晶混合物体系混乱程度增大，其热力学熵变ΔS增大，进而其ΔT降低，可获得更大的绝热温变，这种化合物获得更大绝热温变的温度出于室温，无需添加额外的加热或降温系统；本发明具有如下优点：

1、本发明涉及的巨电热效应液晶混合物若可以实现商品化，则可在很大程度上替代目前存在的蒸汽压缩制冷，节约能源，保护环境。

2、本发明采用的双轴液晶分子与母体液晶混合物各组分具有相似的结构，它们相容性好，稳定性好，粘度低，电场响应速度快。

3、本发明中在高介电各向异性液晶混合物中引入一定比例的双轴液晶分子，增大了液晶混合物的电热效应。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。

实施例1

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其制备方法包括以下步骤：在50mL圆底烧瓶中加入36.00g高介电各向异性的向列相液晶混合物；准确称量1.89g双轴液晶分子，使得高介电各向异性的向列相液晶混合物所占质量百分比为95％，双轴液晶所占质量百分比为5％，将混合物搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物。

所述的高介电各向异性的向列相液晶混合物，其配方为：

所述的双轴液晶分子为噻吩类液晶分子，其分子结构为：

其中五元环中的X为S，Y和Z为C，R为C₆的直链烷基。

本实施例制备的基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其最大绝热温变为9.13℃。

实施例2

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其制备方法包括以下步骤：在50mL圆底烧瓶中加入36.00g高介电各向异性的向列相液晶混合物；称量4.00g双轴液晶分子，使得高介电各向异性的向列相液晶混合物所占质量百分比为90％，双轴液晶所占质量百分比为10％，将混合物搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物。

所述的高介电各向异性的向列相液晶混合物，其配方为：

所述的双轴液晶分子为噻吩类液晶分子，其分子结构为：

其中五元环中的X为S，Y和Z为C，R为C₈的直链烷基。

本实施例制备的基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其最大绝热温变为10.09℃。

实施例3

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其制备方法包括以下步骤：在50mL圆底烧瓶中加入36.00g高介电各向异性的向列相液晶混合物；准确称量4.00g双轴液晶分子，使得高介电各向异性的向列相液晶混合物所占质量百分比为90％，双轴液晶所占质量百分比为10％，将混合物搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物。

所述的高介电各向异性的向列相液晶混合物，其配方为：

所述的双轴液晶分子为噻吩类液晶分子，其分子结构为：

其中五元环中的X为S，Y和Z为C，R为C₆的直链烷基。

本实施例制备的基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其最大绝热温变为10.27℃。

实施例4

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其制备方法包括以下步骤：在50mL圆底烧瓶中加入36.00g高介电各向异性的向列相液晶混合物；准确称量6.35g双轴液晶分子，使得高介电各向异性的向列相液晶混合物所占质量百分比为85％，双轴液晶所占质量百分比为15％，将混合物搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物。

所述的高介电各向异性的向列相液晶混合物，其配方为：

所述的双轴液晶分子为噻吩类液晶分子，其分子结构为：

其中五元环中的X为S，Y和Z为C，R为C₆的直链烷基。

本实施例制备的基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其最大绝热温变为8.65℃。

实施例5

一种基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其制备方法包括以下步骤：在50mL圆底烧瓶中加入36.00g高介电各向异性的向列相液晶混合物；准确称量9.00g双轴液晶分子，使得高介电各向异性的向列相液晶混合物所占质量百分比为80％，双轴液晶所占质量百分比为20％，将混合物搅拌均匀，即获得具有巨电热效应的液晶混合物。

所述的高介电各向异性的向列相液晶混合物，其配方为：

所述的双轴液晶分子为噻吩类液晶分子，其分子结构为：

其中五元环中的X为S，Y和Z为C，R为C₆的直链烷基。

本实施例制备的基于双轴液晶分子的巨电热效应液晶混合物，其最大绝热温变为4.72℃。