一种具有宽温域的热致变色的液晶复合材料的制备方法与流程

本发明属于热响应液晶材料技术领域，更具体地说，尤其涉及一种具有宽温域的热致变色的液晶复合材料的制备方法。

背景技术：

伴随着节能和环保理念的逐渐深入，发展低能耗甚至无能耗的功能材料与器件是解决目前能源问题的一个重要途径。热致变色材料无论是在日常生活还是科学研究领域都有十分重要的作用和广阔的探索空间。尤其是无需能源驱动的智能热致变色材料，在节能建筑，智能家居和装饰物等各个领域都有巨大潜力。

热致变色材料能够随温度变化而改变颜色，具有直观，通用等优点，是用作警示，探测和装饰等功能的理想材料。尽管目前很多研究致力于开发新型的热致变色材料和器件，但仍然存在着许多挑战。首先，通常的热致变色材料需要复杂的制备过程来实现显著的颜色变化，其次，变色范围和变色温域不够宽，也限制着热致变色材料的实际应用。在这个局限下，发展能够简易制备和使用的宽温域的热致变色材料具有非常重大的显示意义，因此，发明一种具有宽温域的热致变色的液晶复合材料的制备方法，来解决上述问题很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有宽温域的热致变色的液晶复合材料的制备方法，首先合成具有热响应的手性联萘二酚手性分子，该分子的手性在温度升高时降低，温度降低时又回复到初始状态。将这种分子掺杂在宽温域的液晶混合物中，便能得到螺距随温度变化的液晶复合材料，在均匀取向的情况下，该液晶材料能够呈现明显的热致变色行为，这种热致变色的液晶复合材料有望在温度相应材料和热致变色器件等研究领域发挥重要作用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有宽温域的热致变色的液晶复合材料的制备方法，所述具有宽温域的热致变色的液晶复合材料的制备方法如下：

a：合成具有热响应的手性分子：取适量的二氯甲烷放入到烧瓶中然后加入联萘二酚，联萘二酚浓度控制在1mg/ml–30mg/ml，在室温下用磁力搅拌使溶液混合均匀，再依次加入0.1当量的4-二甲氨基吡啶(dmap)、2当量的羧酸化合物以及2当量的二环己基碳二亚胺(dcc)，搅拌反应24小时，将反应物过滤，蒸馏出溶剂后，用硅胶柱提纯并重结晶得到纯净产物；

b：将步骤a中的得到的热响应手性分子与小分子液晶加热充分混合，手性分子掺杂浓度为0.1wt％-8wt％，得到螺距可随温度变化的液晶混合材料，液晶混合材料灌入到平行取向的液晶盒中，能得到反射峰随温度发生快速可逆变化的热致变色材料。

优选的，所述步骤a中得到的手性分子结构如下：

其中r1和r2独立选自下式(2)-(9)式中基团，且n为0-10之间的整数。

优选的，所述合成反应中，羧酸分子选自式(10)-(17)中的一种或几种：

优选的，所述硅胶柱内硅胶粉为200目至400目，淋洗剂为石油醚，二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，硅胶粉、淋洗剂以及二氯甲烷和乙酸乙酯混合比例为5：1：1。

优选的，所述重结晶溶剂为四氢呋喃与异丙醇的混合物，比例为1：3-1：6。

优选的，所述步骤b的小分子液晶选自式(18)-(25)所示化合物的一种或几种，该混合物中分子(18)质量分数为15％-30％，分子(19)质量分数为10％-20％，分子(20)质量分数为5％-15％，分子(21)质量分数为5％-20％，分子(22)质量分数为5％-30％，分子(23)质量分数为5％-20％，分子(24)质量分数为5％-30％，分子(25)质量分数为10％-30％.

其中，r选自以下基团的一种或几种：n选自为0-12的正整数。

优选的，所述步骤b反应混合过程中，温度保持在60℃-120℃，混合时间为5min-30min

本发明的技术效果和优点：该复合材料包括具有热响应的手性分子组分和具有宽液晶温域的第二组分，能在温度变化下发生明显的颜色变化，并且具有快速和可逆的响应特性。该复合材料有望在温度响应材料与器件和热致变色材料与器件等研究领域发挥积极作用。

附图说明

图1为实施例1中合成的手性分子的结构式；

图2为实施例1中合成的手性分子的核磁氢谱图；

图3为实施例3中用斜劈盒测试液晶热响应性能的条纹织构变化；

图4为实施例3中测试的手性分子的螺旋扭曲力随温度的变化趋势；

图5为实施例4中热响应胆甾相液晶的选择性反射波峰随温度的变化趋势。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例采用如下的典型制备方法，其包括如下步骤：

1)将各组分液晶按一定的质量分数比充分混合，小分子液晶优选自如下式所示的式(18)-(25)的任意一种或几种，混比例优选为：分子(18)质量分数为15％-30％，分子(19)质量分数为10％-20％，分子(20)质量分数为5％-15％，分子(21)质量分数为5％-20％，分子(22)质量分数为5％-30％，分子(23)质量分数为5％-20％，分子(24)质量分数为5％-30％，分子(25)质量分数为10％-30％.

其中，r选自以下基团的一种或几种：n选自为0-12的正整数；

2)合成具有热响应的手性分子：在一定体积的二氯甲烷中加入联萘二酚，联萘二酚浓度控制在1mg/ml–30mg/ml，在室温下用磁力搅拌是溶液混合均匀，再依次加入0.1单量4-二甲氨基吡啶(dmap)，2当量羧酸化合物和2当量二环己基碳二亚胺(dcc)，搅拌反应24小时。将反应物过滤，蒸馏出溶剂后，用硅胶柱提纯并重结晶得到纯净产物。其中硅胶粉为200目至400目，淋洗剂为石油醚，二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，混合比例为5：1：1，重结晶溶剂为四氢呋喃与异丙醇的混合物，比例为1：3-1：6。

手性分子结构式如下式所示：

其中r1和r2独立选自(2)-(9)式中基团，且n为0-10之间的整数。

将步骤2)中的热响应手性分子与步骤1)中的宽温域液晶混合物充分混合，手性分子的质量分数控制在0.1％-8％，温度为60℃-120℃，混合时间为5min-30min；将步骤3)中的液晶复合材料灌入20微米的平行取向液晶盒中，得到胆甾相液晶，其选择性反射波长由手性分子的掺杂浓度决定。将液晶盒放置在热台上，缓慢升温，可以通过偏光显微镜和紫外可见分光光度计观察到胆甾相液晶的选择性反射峰的移动。这种热响应具有快速可逆的特点。

实施例1

本实施例说明了附图1所示的手性分子的合成方法：

1、在100ml二氯甲烷中加入1.34g联萘二酚，在室温下用磁力搅拌是溶液混合均匀，再依次加入0.1gdmap，2.1g对戊氧基苯甲酸和2.06gdcc，搅拌反应24小时。

2、将反应物过滤，蒸馏出溶剂后，用硅胶柱提纯并重结晶得到纯净产物。其中硅胶粉为200目至400目，淋洗剂为石油醚，二氯甲烷和乙酸乙酯的混合溶剂，混合比例为5：1：1。

3、将粗产物重结晶，溶剂为四氢呋喃与异丙醇的混合物，混合比例为1：3，得到白色晶状固体产物2.1g，产率61％。所得产物的核磁氢谱如附图2所示。

实施例2

本实施例说明了宽温域液晶混合物的制备方法。

液晶混合物成分及其比例如表1所示，该液晶混合物的向列相温域从9.5℃至106℃。

表1

实施例3

本实施例说明了宽温域的热响应液晶混合物的制备方法。

1、将1.5mg手性分子与98.5mg液晶混合物加热至80℃，超声振动10min，保证其均匀混合；

2、在室温下，将液晶混合物通过毛细作用渗透入斜劈盒中，60℃保温30min消除缺陷。

3、将液晶盒放置于热台上，缓慢加热至100℃，条纹间距变化，记录液晶螺距随温度的变化规律，并计算螺旋扭曲力随温度的变化规律，如附图3和附图4所示。

实施例4

本实施例说明了宽温域的热致变色液晶混合物的制备方法。

1、将5mg手性分子与95mg液晶混合物加热至80℃，超声振动30min，保证其均匀混合；

2、在室温下，将液晶混合物通过毛细作用平性取向的厚度为20微米的液晶盒中，60℃保温30min消除缺陷。

3、将液晶盒放置于热台上，热台温度从25℃缓慢升至75℃，观察颜色变化并测试胆甾相液晶选择性反射峰的移动，如附图5所示。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。