题目：小角∧形铁电性液晶材料的制备、结构及性能研究

∧形铁电性液晶材料因其特殊的超分子结构和电光特性（大自发极化值，快响应）受世界研究者热切关注。然而，研究者普遍认为，只有采用中心环角度位于105°至140°范围内的分子结构，才能实现∧形液晶材料的电场响应特性，故现有分子结构设计多以1,3-二取代苯，2,7-二取代萘和3,4′-二取代联苯作为中心环。本论文设计并制备了一系列中心环角度约为60°的1,7-二取代萘环小角∧形液晶材料，通过引入柔性端基烷硫基（-SCnH2n+1），或者侧链末端苯环3位卤素取代基（F，Cl），或者使用含有三个苯环的希夫碱类长侧链实现了小角∧形液晶材料在电场下的铁电响应特性，考察了上述材料的热致相变行为，发现柔性端基烷硫基或侧链末端苯环3位卤素取代基均能诱导产生一类特殊的六方柱状铁电Colh相，而长侧链的引入则诱导产生了正交近晶铁电SmAPF相。由非配向和配向样品的X射线衍射法进一步研究了上述两类液晶相结构，利用三角波和方波电压法测量了材料的自发极化值和电场响应时间，讨论了小角∧形液晶材料在电场下的响应模型，最后探讨了不同分子结构特征对小角∧形液晶材料性能的影响规律。本论文由七章组成：第一章 绪论。概述了液晶铁电性原理，从分子组装形式，电场响应行为和分子结构特征三个角度阐述了∧形铁电性液晶材料的研究现状，提出了本论文的研究目标和研究内容。 第二章 研究方法。对本研究所采用的液晶盒制备方法进行了讨论，对偏光显微镜法，差示扫描量热法，广角X射线衍射法，三角波和方波电场法在本研究中的实验原理、样品制备和实验步骤进行了详细阐述。第三章 烷硫端基小角∧形铁电性液晶材料。设计并制备了一类基于1,7-二取代萘中心环，希夫碱类侧链，烷硫端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-Sn，研究了其热致相变行为，考察了降温过程中的偏光显微形貌，对所产生的一类特殊六方柱状相Colh进行了非配向和配向样品的X射线衍射，考察了液晶相结构，利用三角波电场和方波电场法测定了液晶相的电场响应特性，构建了电场响应模型，最后对烷硫端基诱导产生铁电性Colh相的可能原因进行了讨论。第四章 侧链氟取代小角∧形铁电性液晶材料。设计并制备了一类基于1,7-二取代萘中心环，侧链末端苯环3位氟取代基、烷氧端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-Fn，研究了其热致相变行为，考察了降温过程中的偏光显微形貌，对所产生的一类特殊六方柱状相Colh进行了非配向和配向样品的X射线衍射，考察了液晶相结构，利用三角波电场和方波电场法测定了液晶相的电场响应特性，构建了电场响应模型，最后对侧链末端苯环3位氟取代基诱导产生铁电性Colh相的可能原因进行了讨论。第五章 侧链氯取代小角∧形铁电性液晶材料。设计并制备了一类基于1,7-二取代萘中心环，侧链末端苯环3位氯取代基、烷氧端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-Cln，研究了其热致相变行为，考察了降温过程中的偏光显微形貌，对所产生的一类特殊六方柱状相Colh进行了非配向和配向样品的X射线衍射，考察了液晶相结构，利用三角波电场和方波电场法测定了液晶相的电场响应性能，构建了电场响应模型，最后对侧链末端苯环3位氯取代基诱导产生铁电性Colh相的可能原因进行了讨论。第六章 烷氧端基长侧链小角∧形铁电性液晶材料。设计并制备了一类基于1,7-二取代萘中心环，含有三个苯环的希夫碱类侧链，烷氧端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-LOn，研究了其热致相变行为，考察了降温过程中的偏光显微形貌，对所产生的一类特殊正交近晶相SmAPF进行了非配向和配向样品的X射线衍射，考察了液晶相结构。利用三角波电场和方波电场法测定了液晶相的电场响应性能，构建了电场响应模型，最后对长侧链诱导产生铁电性SmAPF相的可能原因进行了讨论。第七章 烷硫端基长侧链小角∧形铁电性液晶材料。设计并制备了一类基于1,7-二取代萘中心环，含有三个苯环的希夫碱类侧链，烷硫端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-LSn，研究了其热致相变行为，考察了降温过程中的偏光显微形貌，对所产生的一类特殊正交铁电近晶相SmAPF进行了非配向和配向样品的X射线衍射，考察了液晶相结构，利用三角波电场和方波电场法测定了液晶相的电场响应性能，构建了电场响应模型。本论文的主要贡献及创新点如下：（1）设计并制备了一类基于1,7-二取代萘中心环，希夫碱类侧链，烷硫端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-Sn，与烷氧端基的同系物N(1,7)-On（n=12，14，16）相比，烷硫端基能诱导产生一类特殊的铁电性六方柱状相（Colh），该液晶相温域约在120oC～140oC，六方格子边长65.0Å～70.0Å，且在三角波电场下呈现铁电响应特征，六方柱能够形成统一取向，并表现出单峰极化反转电流。这是首次在基于小角度中心环的∧形液晶材料中观察到此类液晶相，对制备大面积有序光电薄膜具有重大意义。从分子动力学角度，研究了烷硫端基与烷氧端基柔性的区别，大柔性的烷硫端基和小角度1,7-二取代萘中心环的采用，被认为是形成此类六方柱状相的重要原因。（2）设计并制备了两类基于1,7-二取代萘中心环，侧链末端苯环3位卤素取代基（氟、氯），烷氧端基的小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-Fn和N(1,7)-Cln（n=12，14，16），发现此两类化合物与N(1,7)-Sn相似，均表现出各向同性-六方柱状相-手性螺旋相（Iso-Colh-B4）相转变序列。其中，N(1,7)-Fn的六方柱状相温域约为80oC～140oC，N(1,7)-Cln约为60 oC～140 oC，六方柱状相的格子边长与N(1,7)-Sn相似，均在65.0Å～70.0Å之间，且在三角波电场下呈现铁电响应特征，六方柱能形成统一取向，并表现出单峰极化反转电流。研究了侧链末端苯环3位卤素取代基对分子静电势分布的影响，侧链末端苯环与氧原子之间的大静电势差值，和小角1,7-二取代萘中心环的采用，被认为是形成此类六方柱状相的重要原因。（3）设计并制备了两类基于1,7-二取代萘中心环，侧链含三个苯环的希夫碱类侧链，端基分别为烷氧端基和烷硫端基的长侧链小角∧形铁电性液晶材料N(1,7)-LOn和N(1,7)-LSn（n=12，14），与短侧链的化合物N(1,7)-On相比，上述两类化合物均能诱导产生一类正交近晶相SmAPF，该液晶相温域在200 oC～240 oC左右，分子层厚度约为45Å，且在三角波电场下呈现铁电响应特征，层间分子极化方向统一取向，表现出单峰极化反转电流。使侧链供电子基和吸电子基团间距离增大的长侧链的引入，和小角1,7-二取代萘中心环的采用，被认为是形成此类正交近晶相的重要原因。综上所述，本研究提出了实现小角∧形液晶材料铁电性的三种分子结构设计思想，设计并制备了五类小角∧形铁电性液晶材料，系统研究了其热致相变行为与液晶相结构，深入讨论了液晶相的电场响应特性和分子聚集态模型，对小角∧形铁电性液晶材料的研究提供了新的思路和发展方向。