随着液晶光学器件的快速发展和虚拟现实、增强现实(VR/AR)等新兴技术的牵引,大双折射率液晶材料的研究已经成为了液晶领域的热点课题。二苯乙炔类液晶是大双折射率液晶中最具有代表性一类单体液晶,前期研究表明:该类液晶因其大的共轭体系,具有很好的大双折射率和低粘度,但也存在着向列相液晶区间较窄,紫外光稳定性差,熔点高和近晶相等问题,限制了其在混合液晶中应用。针对以上问题,本论文通过分子设计与合成,系统研究了侧基、桥键和端基对其性能的影响,同时探索了系列低熔点液晶稀释剂在大双折射率混合液晶中的应用,主要研究内容如下:(1)以4-烷基反式环己基甲酸为原料,经格氏偶联、黄鸣龙、碘代、Heck偶联和Sonogashira偶联等经典反应,合成了 10个含乙撑桥键环己基二苯炔四环液晶化合物,其化学结构经红外、质谱和核磁等手段表征鉴定。利用偏光显微镜(POM)、差示扫描量热仪(DSC)和阿贝折光仪等仪器测试了该系列化合物的液晶性能,同时研究了中心炔键和乙撑桥键对液晶介晶性能的影响。结果表明:该系列化合物具有高清亮点(220-240℃),宽向列相区间(59.6-99.6℃)和大双折射率(An>0.3)。(2)通过化学结构修饰的方法,在炔键邻位引入侧氟取代基,合成了一类含氟二苯乙炔类大双折射率液晶化合物。采用DSC、紫外吸收光谱、荧光发射光谱和POM等系统研究了邻位氟取代基对二苯乙炔类液晶化合物UV稳定性的影响。结合IR、TGA、NMR和GC/MS等分析手段,研究了二苯乙炔分子UV光降解的机理。同时结合理论计算(DFT)解释了邻位氟取代基改善二苯乙炔分子UV光稳定性的原因。结果表明:二苯乙炔分子结构中的碳碳三键受UV光子激发产生自由基,邻位氟原子的孤电子对与碳碳三键的π电子之间形成的强相互作用,有利于提高二苯乙炔类液晶的UV光稳定性。该研究工作为二苯乙炔类液晶材料在液晶光学器件中的应用奠定了基础。(3)以1,3-二氧戊环、4-吡啶环或四氢吡喃环作为末端基团,设计合成了30个杂环液晶化合物。为了消除近晶相和降低熔点,在杂环液晶分子结构中引入侧氟取代基、环己基、乙撑桥键和二苯乙炔单元。同时系统研究了烷基碳链、中心炔键、侧氟取代基和末端杂环结构对其液晶相态、液晶相区间、双折射率(△n)和介电各向异性(△ε)的影响。最终评估了含1,3-二氧戊环结构的杂环液晶在混晶配方中的应用。研究结果表明:侧氟取代基、中心炔键和1,3-二氧戊环端基的引入可以增加向列相的稳定性,提高单体液晶在混合液晶中的混晶相容性,且1,3-二氧戊环末端基团还能同时提高液晶分子的△n和△ε。在4-吡啶基液晶分子中引入一个苯基,可扩宽向列相区间,增大液晶的△n和△ε。四氢吡喃末端基团不利于增大△n和拓宽液晶相区间,但可以增加负△ε值。液晶混合配方的性能评估表明:含1,3-二氧戊环的杂环液晶在可穿戴的液晶器件中有良好的应用前景。(4)运用量化计算的方法,采用B3LYP泛函和6-31g(d,p)机组优化得到了分子构型,获得了液晶化合物的偶极矩(μ)、极化率参数(△α),结合Vuks方程及Maier-Meier理论研究了杂环液晶分子结构与液晶性能之间的关系。实验结果与DFT理论计算结果十分吻合,发现棒状液晶化合物的△n和△ε主要取决于分子的△α和μ,分子△α和μ越大,其△n和△ε也就越大。(5)设计合成了四种端烯类稀释剂单体,考察了其在含氟二苯乙炔类高△n混合液晶P02-F或含异硫氰基二苯乙炔类高△n混合液晶P12-ISO中的应用。发现含氟二苯乙炔类稀释剂3PTPF2V、3PTPFOV在保持较高△n和低熔点的同时具有适中的旋转粘度,适合作为含氟二苯乙炔类高△n混晶配方的稀释剂。联苯类稀释剂2BBF2V、3BFB2V能使混合液晶P12-ISO的熔点降至零下20℃,同时维持大△n和大△ε值,适合作为含异硫氰基二苯乙炔类高△n混合液晶配方的稀释剂。(6)进一步用稀释剂3PTPFOV配制成含氟二苯乙炔类高△n混合液晶MCRI,该液晶具有低熔点、宽液晶相区间,高△n,高电阻率,大△ε和相对低的旋转粘度等特性,且能够在5 V工作电压下实现2π相位调制,其平均相位-相位响应速度为2.87 ms。证明相位型LCoS器件使用MCRI后,能够在240 Hz帧率下,实现场序彩色显示技术,进而避免图像闪烁的问题。