微波用侧乙基含氟四联苯类液晶合成与性能研究

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液晶微波器件作为新型微波通讯器件在近年研究发展迅速。但目前的显示用液晶材料因其光电各向异性低,在微波频段(4~40GHz)介电损耗高、相位可调谐能力差而不适用于微波器件;现已报道的高双折射率液晶化合物(Δn≥0.35)大都存在熔点高,粘度大等缺点,导致微波用液晶材料相位调制能力低、介电损耗高、低温性能差、响应速度太慢,这已成为制约微波通讯器件发展的瓶颈。因此,设计合成高光电各向异性、低熔点、低介电损耗等特性的新型液晶材料成为微波通讯器件发展的关键。本文以乙基苯胺、烷基苯硼酸等为基本原料,通过卤代、重氮化、锂试剂法制硼酸、Suzuki交叉偶联等多步反应,设计合成出五个系列共计15种液晶化合物。其中系列Ⅰ~Ⅳ是均未见文献报道的新型侧乙基含氟四联苯类化合物,系列Ⅴ为环己基联苯类化合物。它们都经过1H-NMR、13C-NMR、19F-NMR、FT-IR、MS等波谱测试分析表明合成的目标化合物的分子结构正确;通过差示扫描量热法(DSC),偏光显微镜(POM),数字式显示熔点仪等多种检测仪器对目标化合物进行性能检测与分析;并将它们作为主要组分配制成液晶组合物M1~M4,通过双脊波导腔-微扰法测试它们的介电性能。实验结果表明:(1)当以四联苯为主体结构,极性端基为NCS时,即系列Ⅰ、系列Ⅲ目标化合物都具有较高的双折射率,其中(Ⅲ-1)的双折射率(Δn)高达0.449,系列Ⅲ液晶具有较低的熔点,其中(Ⅲ-3)熔点低至70.6℃。可以作为微波用液晶材料的主要组分;(2)当主体结构为四联苯,极性端基为F时,即系列Ⅱ、系列Ⅳ目标化合物熔点较低,液晶相态相对较窄,粘度较低,可以作为降低混合液晶材料整体粘度和改善低温互溶性的组分;(3)系列Ⅴ是环己基联苯异硫氰酸酯类化合物,都是低熔点、低粘度、向列相范围较宽(?TN≥86.3℃)的液晶化合物;(4)液晶组合物M1~M4在微波(10~30GHz)下均表现出良好的介电性能,其中,M1在18GHz下的介电常数值(?εr)为0.89、最大介电损耗(tanδεrmax)为0.0043、相位调制系数(τ)0.26、品质因数(η)61.08。完全满足微波用液晶材料的各项性能要求。为进一步研究开发我国微波用液晶材料提供新的实验素材。
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