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液晶材料兼具晶体的有序性和液体的流动性特点，以及通常具有的长程有序结构、自修复能力和可加工性。历经数十年的发展，液晶材料从满足好奇心的早期研究发展到各类先进功能材料的应用拓展，一直是前沿研究的热点领域。另一方面，光响应性以及具有光响应功能的新材料一直是多学科交叉的关注热点也是化学领域进行材料设计的着力点，而具有自组装和长程有序特点的液晶体系对光响应特征可以起到稳定和放大作用，因此光响应的液晶体系有望实现高效的光取向等功能。 盘状和棒状芳核骨架是液晶体系中使用最为广泛的两类介晶基元，在很长一段时期内，盘状液晶与棒状液晶基本上各自平行发展，几乎不存在交集。但随着液晶研究的日趋广泛深入，越来越多的研究者尝试开展盘-棒杂化复杂二元液晶体系的相行为研究和结构解析，以期打通盘状液晶与棒状液晶之间的联系纽带，增进和深化对两种介晶基元组装行为特点及其相互作用的理解，从而为深入理解和阐释往往包含多种共轭芳环结构的复杂生物系统的组装行为以及为设计制备新颖的有机光电材料提供实验基础与理论依据。在见诸报道的研究工作中，经常采用盘状中心周围连接多个棒状介晶基元使得棒状部分远远占优势，或者特别强调盘-棒之间的横截面或体积的匹配，通过一个盘状基元平行串接多个棒状基元，通常呈现简单层状相或向列相，使盘状基元形成柱状相的趋势受到了限制或完全被抑制，也就难以洞察两种不同基元之间的竞争关系与协同作用。因此，还有大量工作有待深入开展。 本论文采用偶氮苯(azobenzene，AZO)和苯并菲(triphenylene，TP)这两类典型棒状和盘状介晶基元，设计合成了一系列具有盘-棒“一对一”非平衡结构特点的形状相异性介晶基元杂化二聚体TP6-AZOn（n=6，8，12，16）、TP10-AZOn（n=6，12）和首例盘-棒介晶基元杂化的侧链聚合物poly(TP6-AZO10)。分子结构中盘状和棒状介晶基元部分横截面积的明显不匹配和盘状部分的体积优势使得其通常呈现某种程度的柱状相有序性，而通过简单地改变盘状侧基或/和棒状介晶基元的尾链烷氧基长度可以方便地实现对两者的堆积有序度和空间组织结构的调控，呈现从简单层状相经由层柱中间相到单纯柱状相的转变演进。综合运用示差扫描量热法(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和变温小角/广角X射线散射(SAXS/WAXS)等技术手段研究了盘状和棒状介晶基元之间的相互作用，从而阐明层状相和柱状相液晶有序结构之间的关联及伴随的液晶相演变。盘-棒杂化二聚体TP6-AZOn和TP10-AZOn都呈现特征的兼具盘状和棒状介晶基元组装特点的层柱相（lamello-columnar mesophase）。TP6系列中，随偶氮苯尾链从己氧基延长到十六烷氧基，尾链较短的TP6-AZO6和TP6-AZO8表现出两种层柱相结构，即Colr/L相和较低温度下的细瘦型Colrs/L相，而尾链较长的TP6-AZO12和TP6-AZO16则仅呈现一种层柱相Colr/L。TP10系列中，较短尾链的TP10-AZO6表现出一系列有趣的相转变，从动力学稳定的层状相Lam经由层柱相Colr/L到单纯的柱状相Colob-d。十二烷氧基长尾链的TP10-AZO12却只呈现单一的层柱相Colr/L。由此可见，层柱相是盘-棒介晶基元杂化体系的特征液晶相态，融合了层状和柱状相的有序结构特点，是盘状和棒状介晶基元之间相互竞争又彼此妥协的直观物相反映。对聚合物poly(TP6-AZO10)及其单体macr(TP6-AZO10)而言，盘-棒杂化甲基丙烯酸酯单体macr(TP6-AZO10)也相应呈现层柱相Colr/L，但聚合物poly(TP6-AZO10)仅形成简单的层状相Lam。因此，聚合物受限环境极大地抑制了苯并菲和偶氮苯的结构调整能力，需要依赖两者彼此竞争与妥协的结构调整而构筑的层柱相结构在相应聚合物中难以形成。 除取代烷氧基长度的影响，间隔基(spacer)的柔顺性也是影响盘-棒杂化体系相行为及多级有序结构的重要因素。我们设计合成了一系列采用癸烷基链(dec)或四甘醇醚链(tg)两种柔顺性不同间隔基连接的基于偶氮苯和苯并菲的盘-棒杂化二聚体TP6-dec-AZO12（即第二章中的TP6-AZO12）和TP6-tg-AZO12，以及盘-棒-盘杂化三聚体TP6-dec-AZO-dec-TP6和TP6-tg-AZO-tg-TP6。二聚体TP6-tg-AZO12和TP6-dec-AZO12都呈现类似的层柱相Colr/L，只是极性的四甘醇醚间隔基与烷基链间的不相容性，削弱了TP6-tg-AZO12层柱相中偶氮苯和苯并菲各自亚层中的堆积有序度。三聚体TP6-tg-AZO-tg-TP6和TP6-dec-AZO-dec-TP6都需经室温长时间退火，才能逐渐组装成高有序的液晶相，分别呈现正方形晶格的柱状相Coltet和细瘦p2gg晶格的层柱相Colrs/L。不同柔性间隔基盘-棒杂化体系的液晶相行为和有序结构的对比研究，进一步加深了对形状相异性体系介晶基元之间既相互竞争又彼此妥协的关系及作用机制的理解。 偶氮苯是使用最为广泛的光响应介晶基元，它可以实现可逆的光致顺反异构、光致取向甚至光控的宏观运动和迁移。然而，偶氮苯发色团的光响应需要足够的自由体积空间，由于通常小分子偶氮苯衍生物在固相态时处于H-型聚集密堆积排列状态，其光响应性常常受到抑制甚至完全消失。高分子化是实现和利用偶氮苯液晶材料的光响应特性的重要途径之一，聚合物环境为偶氮苯的光响应提供了自由体积空间，因而光响应性的偶氮苯侧链液晶聚合物的研究相当广泛而深入。但合成高分子固有的分子量多分散性以及由此带来的某些不确定性难以满足一些高要求的光电器件应用的需要。若将偶氮苯介晶基元引入刚性或者半刚性的分子骨架制备成大环有机化合物或寡聚物，则其半刚性的架构或者大环孔穴结构可提供充足的自由体积空间，而且这类体系组成结构明确、合成可控，易于纯化，结果重现性好，有利于深入的系统性研究。我们设计合成了一类具有光响应特性的柱芳烃骨架的间隔基亚甲基数目n=4或10的大环偶氮苯液晶寡聚物Pillar[5]-S(n)-Azo，它们表现出很宽的液晶相温度范围和良好的成膜加工性。柱芳烃骨架的半刚性大环结构为偶氮苯介晶基元的光致异构化和光取向提供了充足的自由体积空间，其固相态薄膜也展现了优异的光响应能力。仅仅通过改变入射光的性质、波长和入射方向就可以方便地实现可逆光致顺反异构、光取向以及对表面自由能、浸润性的调变，甚至也一定程度地实现了对盘状液晶柱状相的光控取向。