具有固-固相变的胆甾醇酯类液晶化合物的合成与性能研究.pdf

摘要

摘要

固-固相变是同一材料在不同物理因素影响下的多个晶态之间的转变。近年

来，它在介电开关、铁电、压电和非线性光学等材料中发挥了重要作用。与刚

性无机材料相比，分子基相变材料具备种类丰富、环境友好、结构可调谐等优

点，为各种功能材料的设计和优化搭建了一个有前景的平台。液晶是介于固态

和液态中间的介晶态，它兼具晶态的各向异性和液体的流动性。其中胆甾相液

晶具有自组织周期性螺旋结构，能够实现入射光的选择性反射，在光学与信息

存储、新型显示器件和传感器等领域具有巨大开发价值。具有固-固相变的液晶

材料兼备了固态相变材料和液晶材料的优点，为开发新型多功能智能材料提供

了新的可能性。然而，关于在单组分化合物中具有可逆固-固相变的液晶材料的

研究较少。因此开发和研究此类液晶材料具有重要的理论和应用价值。

本论文中，合成了一系列胆甾醇酯类液晶化合物，并对它们的单晶结构、

相变行为和液晶织构等性能进行了表征。具体如下：

1、以4-吡啶甲酸，4-吡啶丙烯酸，肉桂酸和胆固醇为原料，合成了三例胆

甾醇酯液晶化合物：4-吡啶甲酸胆固醇酯（4-PACS），4-吡啶丙烯酸胆固醇酯

（4-PDACS），肉桂酸胆固醇酯（CACS）。其中4-PACS为单向胆甾相液晶，4-

PDACS和CACS为互变型胆甾相液晶。通过对比发现，分子中双键的存在使化

合物4-PDACS具有更低的熔融温度和更宽的液晶温度范围。更重要的是，热

分析和介电分析结果表明4-PACS在熔点前具有可逆的固-固相变，使其在生物

传感器、光电器件、开关等领域具有潜在的应用前景。

2、以4-吡啶甲酸，4-吡啶丙烯酸，肉桂酸和氢化胆固醇为原料，合成了三

例胆甾醇酯液晶化合物：肉桂酸氢化胆固醇酯（CAHCS），4-吡啶甲酸氢化胆

固醇酯（4-PAHCS），4-吡啶丙烯酸氢化胆固醇酯（4-PDAHCS）。实验结果表

明，三个化合物都属于互变型胆甾相液晶，且含有苯环侧链的化合物与含氮杂

环侧链的化合物相比具有更低的熔点和更宽的液晶温度范围。此外，CAHCS

由于分子尾部碳原子的有序-无序运动引起了可逆固-固相变。

3、以4-吡啶甲酸，4-吡啶丙烯酸，肉桂酸，4-溴肉桂酸和β-谷甾醇为原料，

合成了四例酯类化合物：4-吡啶甲酸谷甾醇酯（4-PASS），4-吡啶丙烯酸谷甾醇

酯（4-PDASS），肉桂酸谷甾醇酯（CASS），4-溴肉桂酸谷甾醇酯（4Br-CASS）。

I

摘要

结果表明，4-PASS和4-PDASS都发生了可逆固-固相变，但都不属于液晶。

CASS和4Br-CASS都为互变型胆甾相液晶，与CASS相比，引入溴原子使4Br-

CASS具有更低的熔融温度、更高的清亮点和更宽的液晶相温度范围。值得注

意的是，通过卤素溴原子的引入，诱导了4Br-CASS在固态晶相的可逆相变。

关键词：分子基相变材料；胆甾相液晶；固-固相变；液晶织构

II

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一、学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的

研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含

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构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

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