一种低临界转换频率的双频驱动液晶混合物的制作方法

本发明属于液晶材料技术领域，具体地，本发明涉及一种低临界转换频率的双频驱动液晶混合物。

背景技术：

双频驱动液晶(Dual frequency liquid crystal)材料具有介电各向异性的正负可随外加频率变化而改变的特性。当无外加频率时，该液晶介电各向异性值为正；随着外加交流电场频率的增大，介电各向异性可从正性变为负性；介电各向异性为零时对应的频率值为临界转变频率(f_c)，是衡量双频液晶性能的重要指标。当外加频率小于临界频率时，液晶分子沿电场方向排列；当外加频率大于临界频率时，液晶分子垂直电场排列；从而通过控制外加频率的大小实现分子排列方式的改变。

双频驱动液晶兼具向列相正性液晶与负性液晶的特点，与普通向列相液晶相比，双频驱动液晶材料具有更大的相转变和更快的响应时间，所制备的器件具有亚微秒级的响应速度，且所需驱动电压低，调控机制更为简单，在显示领域、双稳态器件，光学领域如光学快门、自适应光学器件、光透镜等方面应用范围广阔。然而现有市售双频液晶材料的f_c较高，需要较高频率驱动从而造成很大的介电损耗，影响器件的稳定性和寿命，限制了其作为高性能光电材料的应用。因此，设计新型双频驱动液晶分子、开发低临界转换频率的双频驱动液晶材料对其生产和应用具有至关重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种低临界转换频率的双频驱动液晶混合物，该双频驱动液晶混合物具有低临界转换频率、粘度适宜、介电各向异性常数大、液晶温域范围宽等优异性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低临界转换频率的双频驱动液晶混合物，所述混合物包含第一组分和第二组分，所述第一组分包括通式I所示化合物中的一种或几种：

式中，末端基团R₁、R₂分别选自-CN、-NCS、-OCN、-C_nH_2n+1、-OC_nH_2n+1、-SC_nH_2n+1、-CF₃O、-CHF₂O，含有1～10个碳原子的烷基中任意两个相邻亚甲基被乙烯基取代后形成的基团中的任意一种，含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻亚甲基被乙烯基取代后形成的基团中的任意一种，n为1～20的整数；

桥键A选自碳碳单键、双键、三键、-COO-、-OCO-、-CONH-、-(CH₂)_a-、-CH₂O中的一种，其中a为0～5的整数；

六元环Z为基团中的任意一种或几种，环的个数m为1～3的整数；

取代基X₁～X₄独立的选自-H、-F、-Cl、-CN四种基团中的任意一个；

所述第二组分包括通式II所示的化合物中的一种或几种：

式中，末端基团R₃、R₄分别选自-C_nH_2n+1、-OC_nH_2n+1、-SC_nH_2n+1、-CF₃O、-CHF₂O、-CF₃，含有1～10个碳原子的烷基中任意两个相邻亚甲基被乙烯基取代后形成的基团中的任意一种，含有1～10个碳原子的烷氧基中的任意两个相邻亚甲基被乙烯基取代后形成的基团中的任意一种，n为1～20的整数；

桥键B选自碳碳单键、碳碳双键、碳碳三键中的一种或几种；

六元环Y为基团中的任意一种或两种，环的个数m为1～3的整数；

取代基X₅、X₆独立的选自-H、-F、-Cl、-CN四种基团中的任意一个。

本发明中，所述第一组分和第二组分的质量分数分别为10～50％和50～90％。

优选地，所述第一组分和第二组分的质量分数分别为20～40％和60～80％。

作为本发明优选的一个技术方案，所述通式I所示的化合物为I-a～I-j所示的化合物中的一种或几种；

作为本发明更优选的一个技术方案，R₁、R₂分别选自碳原子个数是1～10的烷基链、碳原子个数是1～10的烷氧基链、氰基、异硫氰基中的任意一种；

X₁～X₄分别独立的选自氢原子、氯原子或氟原子；

环Z为1,4-亚环己基或1,4-亚苯基。

作为本发明优选的另一个技术方案，所述通式II所示的化合物为II-a～II-f所示的化合物中的一种或几种；

作为本发明更优选的另一个技术方案，R₁、R₂分别选自碳原子个数是1～10的烷基链、碳原子个数是1～10的烷氧基链；

X₅、X₆分别独立的选自氢原子、氯原子或氰基；

环Y为1,4-亚环己基或1,4-亚苯基基团。

本发明利用混配的方法制备上述双频驱动液晶混合物。

具有双频驱动特性的液晶分子，其介电各向异性值在低频电场下为正，随着频率的增加逐渐减小，超过临界转换频率后则变为负值。由于单纯的双频驱动液晶化合物临界转换频率高、粘度大、在高频电场下负性介电常数值较小，不利于进行电场和频率调控，故需要加入一些具有负性介电各向异性的液晶化合物改善物理性能。

采用上述技术方案，本发明提供了一种新型双频驱动液晶混合物。该混合物是由多种具有不同分子结构的双频液晶化合物和负介电各向异性液晶化合物混配得到，通过调控两种组分的种类和配比得到了性能优良的双频驱动液晶混合物。该液晶混合物具有较小的临界转换频率、较宽的液晶相温域，热稳定性好、粘度适宜，光学各向异性和介电各向异性常数大等特点，对双频驱动液晶材料的产业化应用具有重大意义，拥有广阔的应用价值和市场前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

下述实施例中所涉及的组分比例均为质量分数，温度单位为℃，频率单位为KHz，其他符号的具体意义及测试条件如下：

Δε表示介电各向异性常数，Δε＝ε_∥-ε_⊥，其中，ε_∥为平行于分子长轴方向的介电常数，ε_⊥为垂直于分子长轴方向的介电常数，测试条件：25℃，1Hz-1MHz，10.0um的平行取向盒，10.0um的垂直取向盒，精密LCR仪测试。

f_c表示液晶的临界转换频率，其大小与测试温度相关，一般随温度的上升呈现指数增大。计算方法：25℃，Δε＝ε_∥-ε_⊥＝0时对应的外加电场频率即为该液晶材料的f_c。

T_I表示液晶的清亮点温度；T_N表示液晶的向列相温度；T_m表示液晶的熔点温度。差示扫描量热仪结合偏光显微镜测试。

Δn表示光学各向异性，Δn＝n_o-n_e，其中，n_o为寻常光的折射率，n_e为非寻常光的折射率，测试条件：25℃，589nm，阿贝折射仪测试；

η表示动力学粘度，单位为mPa·s，测试条件：25℃，旋转粘度计测试。

下面的实施例1～5分别按比例称取第一组分和第二组分的液晶化合物，均匀混合制备得到双频驱动液晶混合物。所使用的小分子化合物均可通过已知的方法进行合成或通过商业途径获得。

实施例1

按表1中对应的化合物和质量分数调制液晶混合物，加热至各向同性态振荡，超声1h以上保证组分混合均匀。将所得到的液晶混合物加热至清亮分别灌于盒厚为10um的平行取向、垂直取向的液晶盒中进行介电常数数值的测试。

所得混合物为向列相液晶，其性能参数如下：f_c＝7.1，T_I＝106.3，T_m≤-20，Δn＝0.12，η＝88，Δε＝1.9at 50Hz，Δε＝-1.8at 10KHz。

表1实施例1的双频驱动液晶混合物的组分种类及质量配比

实施例2

按表2中对应的化合物和质量分数调制液晶混合物，加热至各向同性态振荡，超声1h以上保证组分混合均匀。将所得到的液晶混合物加热至清亮分别灌于盒厚为10um的平行取向、垂直取向的液晶盒中进行介电常数数值的测试。

所得混合物为向列相液晶，其性能参数如下：f_c＝5.8，T_I＝103.2，T_m≤-20，Δn＝0.10，η＝76，Δε＝2.8at 50Hz，Δε＝-2.2at 10KHz。

表2实施例2的双频驱动液晶混合物的组分种类及质量配比

实施例3

按表3中对应的化合物和质量分数调制液晶混合物，加热至各向同性态振荡，超声1h以上保证组分混合均匀。将所得到的液晶混合物加热至清亮分别灌于盒厚为10um的平行取向、垂直取向的液晶盒中进行介电常数数值的测试。

所得混合物为向列相液晶，其性能参数如下：f_c＝2.4，T_I＝96.2，T_m≤-20，Δn＝0.13，η＝41，Δε＝4.6at 50Hz，Δε＝-3.8at 10KHz。

表3实施例3的双频驱动液晶混合物的组分种类及质量配比

实施例4

按表4中对应的化合物和质量分数调制液晶混合物，加热至各向同性态振荡，超声1h以上保证组分混合均匀。将所得到的液晶混合物加热至清亮分别灌于盒厚为10um的平行取向、垂直取向的液晶盒中进行介电常数数值的测试。

所得混合物为向列相液晶，其性能参数如下：f_c＝1.5，T_I＝87.4，T_m≤-20，Δn＝0.17，η＝49，Δε＝5.4at 50Hz，Δε＝-4.7at 10KHz。

表4实施例4的双频驱动液晶混合物的组分种类及质量配比

实施例5

按表5中对应的化合物和质量分数调制液晶混合物，加热至各向同性态振荡，超声1h以上保证组分混合均匀。将所得到的液晶混合物加热至清亮分别灌于盒厚为10um的平行取向、垂直取向的液晶盒中进行介电常数数值的测试。

所得混合物为向列相液晶，其性能参数如下：f_c＝0.9，T_I＝92.5，T_m≤-20，Δn＝0.16，η＝32，Δε＝6.4at 50Hz，Δε＝-5.9at 10KHz。

表5实施例5的双频驱动液晶混合物的组分种类及质量配比

以上实施例的实验结果表明：按实施例1～5的配方可以混配得到临界转换频率较小的双频驱动液晶材料，其中f_c最低的一个配比(实施例5)大小为0.9KHz，且粘度、光学各向异性适中，介电各向异性常数大，可通过组分的进一步优化来制备实用型双频驱动液晶材料。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。