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系統識別號 U0002-3007200821162600
中文論文名稱 彎曲形液晶分子之合成與光電性質研究
英文論文名稱 Synthesis and Property Investigation of Bent Core Mesogens
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系博士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 俞方正
研究生英文姓名 Fang Cheng Yu
學號 891170093
學位類別 博士
語文別 中文
口試日期 2008-07-23
論文頁數 212頁
口試委員 指導教授-余良杰
委員-王伯昌
委員-徐秀福
委員-吳勛隆
委員-李俊毅
中文關鍵字 二苯乙烯  曲棍形液晶  發光彎曲形液晶質 
英文關鍵字 Stilbene  Hockey stick liquid crystals  Fluorescent bent core mesogens 
學科別分類
中文摘要 依分子之外形與所含官能基特性,彎曲形液晶分子可以構成數種性質特殊的液晶相,與典型條形以及盤形分子的液晶相有顯著的差異。以二苯乙烯為基本架構,隨著苯環數不同,合成三類不同構形之彎曲形液晶材料,以偏光顯微鏡、熱差分析儀、X 光繞射、電場效應以及吸收與放射光譜探討相關液晶相性質。
第一類為曲棍形液晶分子‐彎曲形分子兩翼各為烷氧鏈及含二苯乙烯之三環(n‐m 系列)或四環(n‐mB 系列)。變化烷氧鏈長度及苯環數可使此類形分子呈現雙向的N、SmA、SmC及SmCa 等相。所觀察到之液晶相紋理圖與X 光繞射圖形皆相似於條形液晶相,故沿用條形液晶相之命名。受電場驅動時,向列相呈現類似於Williams Domain 之直條紋理,但直條之長軸平行原配向方向,為電動對流(electroconvection)所造成之現象。受配向而呈現均勻排列的紋理圖中,雙折射隨著電場強度變化,顯示因電場驅動而分子極化方向隨之改變。SmCa 相的Schlieren 紋理圖中觀察到2‐brush 的缺陷,為反傾結構之特徵。依據Kajitani 於非旋光分子的N 相中觀察到對掌性區塊紋理,推測在平行配向的ITO cell 中,SmC 與SmCa相紋理圖的不同傾斜方向之層相區塊應具有構形旋光性質。施加正反向電場時,觀察到相同的紋理圖,但關閉電場時則回復到零電場的紋理圖,推測SmC 與SmCa 相皆具有類似於反鐵電性質之三穩定態。
第二類為香蕉形分子。(Ac)2‐A 系列以甲苯醚2, 4 位置連接兩丙烯酸為彎曲單元,合成一系列之五環架構分子。位於中心苯環之甲基氧為大分子取代基,具有顯著的立體阻障,導致高規律度液晶相消失,且液晶相熱穩定性大幅降低。 (XST)2‐B 與(XBST)2‐B 系列之分子彎曲單元為雙苯乙烯苯,分別為五環以及七環架構之香蕉形液晶質。(XST)2‐B 系列中,中心苯環加入推拉電子電子取代基時皆生成B2 相,而兩翼尾端苯環加入側取代氯基,僅中心苯
環以胺基取代之香蕉形分子生成B1 相,其餘亦為B2 相液晶質。以光電實驗鑑定B2 相為SmCAPA 次相,並觀察到自發極化值隨著推拉電子基不同而有顯著的變化。由於雙苯乙烯苯為發光團,故此系統之香蕉形液晶分子為發光材料 。加入推電子基氟基僅致使發射波長產生少許藍位移(Emmax388nm),但強度卻增加,而加入推電子基胺基則使得吸收與放射波長皆產生紅位移(Emmax 473nm),同時加入推拉電子基之放射波長亦為顯著的紅位移( Emmax 500nm),顯示推拉電子與雙苯乙烯苯之共振結構改變電荷密度,致使吸收與發射波長產生變化。相較於(XST)2‐B 系列,(XBST)2‐B 系列於彎曲形分子之兩翼各增加一苯環,分子極化率隨之增強,進而生成高規律度之B1 相。側取代氯基之立體效應導致分子間作用力減弱,液晶相由B1 相轉變為B2 相,液晶相結構經X 光繞射鑑定之。
第三類為彎曲形分子,以萘環與二苯乙烯為中心架構,並在兩翼接上不同長度之取代基,觀察不對稱彎曲構形對液晶相性質的影響。以萘環為彎曲單元的1, 6‐N 系列中,兩翼接上相同取代基較不同取代基時容易生成香蕉形液晶相。R’‐ST 與R’‐BST 系列以二苯乙烯為彎曲單元,在3 與4’位置接上不同取代基,當間位(3 位置)取代基共軛結構長度逐漸增加時,液晶相由曲棍形液晶相轉變為香蕉形液晶相,得知彎曲形分子兩翼極化率明顯不對等時為曲棍形液晶分子,而兩翼極化率接近時為香蕉形液晶分子。
三類分子中皆具有以二苯乙烯為中心彎曲架構之液晶分子,比較分子構形與液晶相性質的關聯,發現不對稱之彎曲形液晶分子中,兩翼共軛長度差異大時生成曲棍形液晶相,而極化率比例接近時生成香蕉形液晶相,對稱彎曲分子則皆為香蕉形液晶質。非旋光彎曲形液晶分子皆具有鐵電或反鐵電性質之液晶相,其原因為曲棍形液晶相具有兩位能簡併之鏡相分子構形所生成之構形旋光性(conformational chirality),而香蕉形液晶相則為傾斜層相
分子傾斜向量相反形成之超結構旋光性(superstructural chirality)所導致。
英文摘要 Depending upon the shape of molecule and the polarizability of constituting moiety, a number of peculiar mesophases can be formed with molecules consisting of various bent cores. Three types of bent shape mesogens are synthesized: hockey stick molecule, banana molecule and bent core molecule. The properties of these mesophases are studied with optical polarizing microscopy, differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, and electric field effect.

Type 1: Hockey stick molecules—bent molecules have two wings differing greatly in length. Enantiotropic anticlinic smectic C (SmCa), smectic C (SmC), smectic A (SmA) and nematic (N) phases of hockey stick molecules are obtained by tuning the length of hydrocarbon chain located at the meta-position to the carbon-carbon double bond of stilbenyl moiety of calamitic mesogenic skeletons. The thermodynamic properties and some aspects of optical appearance of these phases are indiscernible from those of calamitic mesogens. Distinctions are noted such as appearance of 2-brush defects and two types of domains in the tilted smectic phases. X-ray results indicate existence of clusters in the nematic phase and simple layer structure in the smectic phases. These phases exhibit electric field driven color switching, and all the results imply that all three molecular axes are simultaneously aligned in the N and SmC phases—a behavior unprecedented and different from those of conventional calamitic mesogens. Doping with a chiral calamitic mesogen results in formation of corresponding chiral N and ferroelectric SmC phases, but effect for the SmCa phase is not clear. Small and comparable values of spontaneous polarization are obtained for the doped and non-doped phases. Molecular organization of SmC and SmCa phases are proposed and discussed.

Type 2: Banana molecules—bent molecules with two wings equivalent or nearly so. Ani series employed 2,4-disubstituted anisole as the bending unit (BU) and consisted of five phenyl rings linked with ester functional groups. The bulky methoxy group at the bending unit weakens intermolecular force and affects the molecular packing so the higher ordered mesophases disappear and thermal stability of mesophase decreases. For the system with distyrylbenzene as the BU, two systems were synthesized—five and seven rings, (XST)2-B and (XBST)2-B, rspectively. Substitutents NH2 and/or F were also attached to the BU. B2 phases were observed for all the (XST)2-B derivatives but B1 for NH2-(ClST)2-B. The B2 phases are identified to be SmCAPA subphase according to the electrooptic study and the values of spontaneous polarization varies with the electron donating and withdrawing property of the substituents. Comparing to (XST)2-B, molecules (XBST)2-B have two more phenyl rings, one at each wing, and therefore higher polarizability, so the higher ordered phase B1 is observed. The lateral chloro substituent at the terminal phenyl ring of the wings increases the steric effect and lowers the packing order, the B1 phase is converted back to B2. Compounds (XST)2-B are fluorescent for distyrylbenzene being a chromophore. The emission wavelength is blue shifted (388nm) and red shifted (473nm) when F and NH2, respectively, is attached at the BU. This behavior is attributed to the resonance stuctures formed when the electron donating and withdrawing groups are covalent bonded to the distyrylbenzene core.

Type 3: Bent core molecules—both wings consist of phenyl rings but are highly un- symmetrical. 1,6-N series consists of naphthalene as the BU and with substitutents located at 1 and 6 positions. Banana phases would appear preferrably with equivalent substituents. For the series R’-ST and R’-BST, 3,4’-disubstituted stilbene is the BU. Increasing the polarizability from aliphatic chain to aromatic ring system for the substituents located at the 3-position would convert the hockey stick mesophase to banana phase.

This study shows that bent molecule is capable to form mesophases provided that bent conformation, a mesophase destroying factor, and polarizability of moieties, a mesophase constructing factor, are properly balanced.
論文目次 圖錄----------------------------------------------------------------------------------------e
表錄---------------------------------------------------------------------------------------m
紋理圖錄----------------------------------------------------------------------------------o
第一章 序言---------------------------------------------------------------------------1
1. 香蕉形液晶相-----------------------------------------------------------------------1
1.1 B1相-----------------------------------------------------------------------------------3
1.2 B2相-----------------------------------------------------------------------------------5
1.3 B3與B4相-----------------------------------------------------------------------------9
1.4 B5相----------------------------------------------------------------------------------10
1.5 B6相----------------------------------------------------------------------------------11
1.6 B7相----------------------------------------------------------------------------------12
2. 曲棍形液晶相---------------------------------------------------------------------14
第二章 研究目的-------------------------------------------------------------------17
第三章 合成與結構鑑定---------------------------------------------------------26
1. 藥品名稱與廠牌------------------------------------------------------------------28
2. 使用儀器及廠牌------------------------------------------------------------------30
3. 流程----------------------------------------------------------------------------------31
第一類-曲棍形分子:n-m系列與n-mB系列--------------------------------31
第二類-香蕉形分子:(XST)2-B系列---------------------------------------------32
(XBST)2-B系列-------------------------------------------33
第三類-彎曲形分子:1, 6-N系列------------------------------------------------34
R’-ST系列------------------------------------------------35
R’-BST系列-----------------------------------------------36
4. 合成步驟----------------------------------------------------------------------------38
n-m系列與n-mB系列--------------------------------------------------------------38
I-1 合成3-CnOBBr---------------------------------------------------------------------38
I-2 合成3-CnSTOH--------------------------------------------------------------------38
I-3 合成n-m與n-mB-----------------------------------------------------------------39
(Ac)2-A系列-----------------------------------------------------------------------------42
II-1合成2,4-(MAc)2-A----------------------------------------------------------------42
II-2 合成2,4-(AcA)2-A----------------------------------------------------------------42
II-3 合成(nAc) 2-A---------------------------------------------------------------------42
(XST)2-B系列與(XBST)2-B系列-----------------------------------------------------45
III-1 合成(STOH)2B--------------------------------------------------------------------45
III-2 合成 (XST)2-B與(XBST)2-B----------------------------------------------------46
1, 6-N系列------------------------------------------------------------------------------51
IV-1 合成6-12BN-OH與6-12CN-OH---------------------------------------------51
IV-2 合成BB-B-N與BB-C-N--------------------------------------------------------52
IV-3 合成(NAc)2-N與(nMB)2-N----------------------------------------------------53
R’-ST系列與R’-BST系列------------------------------------------------------------55
V-1 合成3-THPO-BBr----------------------------------------------------------------55
V-2 合成3-THPO-STOH--------------------------------------------------------------55
V-3 合成3-THPO-ST與3-THPO-BST----------------------------------------------56
V-3 合成3-HO-ST與3-HO-BST-----------------------------------------------------57
V-4 合成R’-ST與R’-BST-------------------------------------------------------------57
5. 元素分析 --------------------------------------------------------------------------62
第四章 結果與討論-----------------------------------------------------------------66
第一類-曲棍形分子------------------------------------------------------------------66
1. n-m系列之液晶相性質----------------------------------------------------------66
1-1 間、對位碳數變化與液晶相序列之關係--------------------------------66
1-2 取代基效應-----------------------------------------------------------------------72
2. n-mB系列之液晶相性質--------------------------------------------------------73
2-1 碳數變化對液晶相性質之影響---------------------------------------------73
2-2 取代基效應-----------------------------------------------------------------------77
3. 液晶相相轉移焓變化------------------------------------------------------------78
4. 粉末X光繞射實驗----------------------------------------------------------------79
4-1 實驗方法--------------------------------------------------------------------------79
4-2 曲棍形液晶相X光繞射圖----------------------------------------------------79
5. 電場效應----------------------------------------------------------------------------83
5-1 實驗方法--------------------------------------------------------------------------83
5-2 N相之電場效應------------------------------------------------------------------83
5-3 SmA相之電場效應--------------------------------------------------------------93
5-4 SmC相之電場效應--------------------------------------------------------------94
5-5 SmCa相之電場效應-------------------------------------------------------------99
6. 量測自發極化值----------------------------------------------------------------103
7. 傾斜層相分子堆疊-------------------------------------------------------------106
8. 混熔實驗--------------------------------------------------------------------------109
第二類-香蕉形分子----------------------------------------------------------------119
1. (Ac)2-A系列------------------------------------------------------------------------119
1-1 液晶相性質---------------------------------------------------------------------119
1-2 取代基效應---------------------------------------------------------------------123
1-3 粉末X光繞射圖---------------------------------------------------------------126
2. (XST)2-B系列-----------------------------------------------------------------------129
2-1 液晶相性質---------------------------------------------------------------------130
2-2 粉末X光繞射實驗------------------------------------------------------------138
2-3 電場效應------------------------------------------------------------------------143
2-3.1 B2相的電場效應-------------------------------------------------------------143
2-3.2 B1相的電場效應-------------------------------------------------------------144
2-3.3 自發極化值的量測---------------------------------------------------------147
2-4 吸收以及放射光譜-----------------------------------------------------------152
3. (XBST)2-B系列---------------------------------------------------------------------160
3-1 液晶相性質---------------------------------------------------------------------160
3-2 粉末X光繞射圖---------------------------------------------------------------163
第三類-彎曲形分子----------------------------------------------------------------167
1. 1, 6-N系列-------------------------------------------------------------------------167
1-1 液晶相性質---------------------------------------------------------------------167
2. R’-ST系列---------------------------------------------------------------------------171
3. R’-BST系列-------------------------------------------------------------------------175
4. 粉末X光繞射實驗--------------------------------------------------------------177
第五章 結論-------------------------------------------------------------------------179
參考文獻------------------------------------------------------------------------------182
附錄----------------------------------------------------------------------------------187

圖 錄
圖(1):常見的香蕉形液晶相分子基本架構-------------------------------------2
圖(2):B1相之(a) X光繞射圖[8] (b)液晶分子排列示意圖--------------------4
圖(3):B1相、B1rev相與傾斜B1rev相的分子排列示意圖------------------------4
圖(4):B2相X光繞射圖----------------------------------------------------------------5
圖(5):B2相感應電流圖形,半個三角波周期內具有兩個相轉移峰------5
圖(6):B2相分子排列示意圖---------------------------------------------------------6
圖(7):B2相分子傾斜方向、極化方向之關聯性與對掌性結構示意圖---7
圖(8):SmCAPA 圓形區域紋理圖中,電場方向與分子排列方式以及黑 色十字紋理之關係。(a)反向電場(b)零電場(c)正向電場----8, 145
圖(9):SmCsPA 圓形區域紋理圖中,電場方向與分子排列方式以及黑色十字紋理之關係-----------------------------------------------------------8
圖(10):B2、B3與B4相的X光繞射圖------------------------------------------------9
圖(11):B4相分子排列TGB-like示意圖--------------------------------------------9
圖(12):具不同電性的兩種B5相X光繞射圖以及分子排列示意圖-----10


圖(13):(a)首次發現B6相的分子[25] (b)扇形紋理圖,B6相----------------11
圖(14):(a) B6相2D X光繞射圖 (b) B6相分子排列示意圖-----------------11
圖(15):B7相X光繞射圖,具有多個小角度繞射峰---------------------------12
圖(16):B7相分子排列示意圖------------------------------------------------------13
圖(17):曲棍形分子施加電場的紋理圖變化,ITO cell gap 2μm。(a)SmC1相,0V (b)SmC1相,±20V (c)SmC2相, 0V (d)SmC2相,±20V-------16
圖(18):化合物之分子構形---------------------------------------------------------20
圖(19):n-12之相轉移溫度與間位碳數變化關係圖(升降溫速率:5℃
/min),灰色字體為單向液晶相--------------------------------------71
圖(20):10-mB之相轉移溫度與對位碳數變化關係圖(升降溫速率:
5℃/min),灰色字體為單向液晶相-----------------------------------76
圖(21):n-12B之相轉移溫度與間位碳數變化關係圖(升降溫速率:
5℃/min) ,灰色字體為單向液晶相----------------------------------76
圖(22):6-12之DSC相轉移圖------------------------------------------------------78
圖(23):4-12B之粉末X光繞射圖(a) 180℃,N相 (b) 166℃,SmA相 (c) 150℃,SmC相 (d) 120℃,SmCa相-------------------------------------80
圖(24):8-12B變溫X光繞射圖(a)各液晶相之小角度繞射圖 (b) 溫度與週期間距之關係圖----------------------------------------------------82
圖(25):8-12B之理論計算分子長度為45.84 Å ,理論計算軟體為HyperChem ver.7.5,計算方法為molecular mechanics mm+--82
圖(26):12-12B之N相,155℃,平面紋理圖,橫軸長度為375μm。
施加DC電場強度為(a) 0Vμm-1 (b) 0.8 Vμm-1 (c)2 Vμm-1。PI平
行配向,5μm ITO cell,樣品轉動角度為42度----------------------85
圖(27):12-12B之N相,155℃,橫軸長度為375μm。施加DC電場強度為(a) -2Vμm-1 (b) 0 Vμm-1 (c) 2 Vμm-1。PI平行配向,5μm ITO cell,樣品轉動角度為42度---------------------------------------------85
圖(28):12-12B之N相,153.1℃,直條紋理圖,橫軸長度為375μm。施加DC電場為1.2Vμm-1 (a)成對亮帶直條紋理圖 (b)逆時針旋轉42度(-) (c)順時針旋轉42度(+)。PI平行配向,5μm ITO cell ----------------------------------------------------------------------------------86
圖(29):電動流體力學不穩定態的生成機制。(a)在低於渦流生成電壓的情況下,帶電荷分子的分佈狀態(b)電荷以渦流的方式重新分布(c)圓柱狀渦流形成對流------------------------------------------87
圖(30):(a)液晶分子在Williams domain中的排列方式(b)分子渦流運動以及投影面上的亮線圖形------------------------------------------88
圖(31):液晶分子MBBA (Δε< 0) 在(a)未施加電場時,光穿透cell,(b)施加電場時產生散射,光因而無法穿過cell-------------------88
圖(32):8-12B之N相,166.6℃,橫軸長度為375μm。所施加的DC
電場大小為0.8Vμm-1。樣品轉動角度分別為(a) 0 (b) -17 (c) +18 (d) 90度。PI平行配向,15μm ITO cell---------------------------------90
圖(33):8-12B之N相,橫軸長度為375μm。不同溫度與DC電場強度下的暗線間距為 (a)10.1μm,167℃,12V (b)8.0μm,167℃,20V (c)9.6μm,169℃,9V (a)9.1μm, 169℃,12V。PI平行配向,15μm ITO cell-----------------------------------------------------------91
圖(34):8-12B之N相,167℃,橫軸長度為375μm。施加0.6 Vμm-1、60Hz的 AC電場所生成的直條紋理圖。樣品轉動角度為(a) +21 (b) 0 (c) -16度。PI平行配向,15μm ITO cell--------------------91
圖(35):曲棍形分子向列相之EHD 不穩定態 (a)分子於玻璃表面的投影與極化方向的關係示意圖,圖中曲棍形分子的極化方向與分子長軸互相垂直(b)圓形渦流所形成的對流現象致使分子的極化方向產生轉動,而導致液晶分子重新排列 。分子極化(硬核)方向與偏極光平行時,偏極光不會產生偏折,進而生成暗線------------------------------------------------------------------------------92
圖(36):12-12之SmA相,78℃,橫軸長度為750μm。狹長扇形紋理圖。施加的DC電場為(a) 0Vμm-1 (b) 2.6m-1。PI平行配向,5μm ITO cell,樣品轉動角度為5度------------------------------------------93
圖(37):12-12B之SmC相,92.6℃,橫軸長度為750μm。低溫時,扇形區域上具有等間距橫向斜直線。樣品旋轉角度為(a) 0 (b) +24 (c) -24度。 PI平行配向,5μm ITO cell--------------------------95
圖(38):12-12B的X-ray以及光學傾斜角與溫度之關係圖。實心方塊為週期間距,實心圓為X-ray數據所計算出的傾斜角,空心圓為觀察POM所得之傾斜角---------------------------------------------95
圖(39):12-12B之SmC相,144℃,橫軸長度為375μm。DC電場強度為(a)1 Vμm-1 (a)2 Vμm-1(c)3 Vμm-1(d)4 Vμm-1(e)5 Vμm-1(f)10 Vμm-1。PI平行配向,5μm ITO cell,樣品轉動角度為42度------96
圖(40) :12-12B之SmC相,117.7℃,橫軸長度為750μm。轉動樣品角度為(a) 0 (b) -10 (c)+19度,以及施加4 Vμm-1的DC電場時,樣品轉動角度為(a) 0 (b) -5.5(c)+8.5時的紋理圖。PI平行配向,5μm ITO cell-------------------------------------------------------97
圖(41):8-12B之SmC相,155℃,橫軸長度為375μm。施加DC電場強度為(a) 2.6Vμm-1 (b) 0 Vμm-1 (c) -2.6 Vμm-1。PI平行配向,5μm ITO cell,樣品轉動角度為15度---------------------------------98
圖(42):8-12B之SmCa相,78.2℃,橫軸長度為375μm。層狀結構區域內生成類似於彈匣形狀之長方形或正方形格狀紋理,且相鄰區域具有不同的雙折射。轉動樣品角度為(a) +18 (b) -14度時,相鄰區域的明暗度對調。PI平行配向,5μm ITO cell-------100
圖(43):8-12B之SmCa相,113℃,橫軸長度為375μm。施加不同強度的DC電場時,紋理圖的雙折射變化(a) 0 Vμm-1 (b) 2 Vμm-1 (c) 4 Vμm-1 (d) 6 Vμm-1。PI平行配向,5μm ITO cell,樣品旋轉角度為45度---------------------------------------------------------------101
圖(44):8-12B之SmCa相,108.8℃。施加DC電壓大小分別為(a) 0 (b) 30(2Vμm-1) (c) 300V(2Vμm-1)。 PI平行配向,15μm ITO cell --101
圖(45) :傾斜層相在施加電場的狀態下,分子受電場驅動的轉動模式為(a)繞著圓錐體表面旋轉(b)繞著分子主軸旋轉。SmCa相(8-12B,113℃,20x)施加DC電場為(a)正向(+0.8Vμm-1)以及(d)反向(-0.8Vμm-1),相鄰層相區域分子排列示意圖--------------102
圖(46):量測自發極化值裝置圖-------------------------------------------------104
圖(47):8-12B所測得的溫度與自發極化值之關係圖。AC電場強度為
70Vpp,頻率為10Hz。PI平行配向,2μm ITO cell-----------------105
圖(48):曲棍形分子的兩個互為鏡相之構形異構物,兩異構物具有相同且較低之位能(doubly degenerate)------------------------------106
圖(49):曲棍形傾斜層層間分子排列示意圖。Y-Z平面為傾斜面,X-Z平面為極化面------------------------------------------------------------108
圖(50):12MB的分子結構、液晶相序列、相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min----------------------109
圖(51):12MB / 4-12摻混物之相轉移溫度與莫耳濃度變化關係圖(升溫速率:5℃/min)--------------------------------------------------------110
圖(52):10 mol% 12MB摻混物之N*相,91℃,橫軸長度為375μm。(a)未施加電場(b)8 Vμm-1(b)8 Vμm-1,不同區域(d)15Vμm-1(e)15 Vμm-1,樣品轉動45度。PI平行配向,2μm ITO cell--------------112
圖(53):10 mol% 12MB摻混物之SmC*相,81.6℃,橫軸長度為375μm。不同旋轉角度與DC電場強度的紋理圖變化(a)-7度,10 Vμm-1 (a)-7度,0 Vμm-1 (a)-7度,-10 Vμm-1 (a)+11度,10 Vμm-1(a)+11度,0 Vμm-1(a)+11度,-10 Vμm-1。PI平行配向,2μm ITO cell----114
圖(54):10 mol% 12MB摻混物之SmC*相,71.1℃,橫軸長度為750μm。施加DC電場為(a) 20Vμm-1(b) 0Vμm-1(c) -20Vμm-1。PI平行配向,2μm ITO cell,樣品轉動45度-----------------------------------115
圖(55):混合物Ps值與溫度關係圖。AC電場強度為80Vpp,頻率為10Hz。(a) 2 mol% 12MB(b) 5 mol% 12MB(c) 10 mol% 12MB。PI平行配向,2μm ITO cell-------------------------------------------------117
圖(56):曲棍形傾斜層相之Ps值與摻混物莫耳濃度關係圖------------118
圖(57):(nAc) 2-A之相轉移溫度與尾端碳數變化關係圖(升降溫速率:5℃/min),灰色字體為單向液晶相---------------------------------122
圖(58):(14Ac)2-A之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相,130℃------------------------------------------127
圖(59):(14Ac) 2-A理論計算之分子構形,分子長度為52.49 Å ,理論計算軟體為HyperChem ver.7.5,計算方法為molecular mechanic mm+------------------------------------------------------------127
圖(60):(16Ac) 2-A之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相。(a)139℃ (b)130℃--------------------------128
圖(61):NH2-(ClST)2-B的B1相分子排列示意圖,中心硬核上胺基的
氫原子與相鄰分子尾端苯環的氯原子形成氫鍵(紅線) -----137
圖(62):F-(ST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相,162℃------------------------------------------139
圖(63):F-(ST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相。(a)139℃(b)149℃--------------------------139
圖(64):F, NH2-(ST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相。(a)152℃(b)162℃----------------------------140
圖(65):F, NH2-(ClST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相。140℃-------------------------140
圖(66): NH2-(ST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距
(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相,160℃-------------------------141
圖(67): NH2-(ClST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B1相,150℃------------------------142
圖(68):F, NH2-(ST)2-B之B2相,144.5℃,橫軸長度為375μm,圓形區域紋理圖。施加DC電場強度為(a) 20Vμm-1 (b) 0 Vμm-1 (c) -20Vμm-1。PI平行配向,2μm ITO cell------------------------------------145
圖(69):F, NH2-(ClST)2-B之B2相,140℃,橫軸長度為375μm,BFC紋理圖。施加DC電場強度為(a) 20Vμm-1 (b) 0 Vμm-1 (c) -20 Vμm-1。PI平行配向,2μm ITO cell------------------------------------145
圖(70):F -(ST)2-B 之(a) B2相之感應電流圖形,120Vpp,10Hz,152℃(b) Ps值與溫度變化關係圖----------------------------------------148
圖(71):F -(ClST)2-B 之(a) B2相之感應電流圖形,140Vpp,10Hz,145℃(b) Ps值與溫度變化關係圖-----------------------------------------148
圖(72):F, NH2-(ST)2-B之(a) B2相之感應電流圖形,100Vpp,10Hz,146℃(b) Ps值與溫度變化關係圖----------------------------------------149
圖(73):F, NH2-(ClST)2-B之(a) B2相之感應電流圖形,140Vpp,10Hz,148℃(b) Ps值與溫度變化關係圖-----------------------------------149
圖(74):NH2-(ST)2-B之(a) B2相之感應電流圖形,180Vpp,10Hz,162℃(b) Ps值與溫度變化關係圖----------------------------------------150
圖(75):1, 3-(C12OBST)2B之(a) B2相之感應電流圖形,100Vpp,10Hz,153℃(b) Ps值與溫度變化關係圖-----------------------------------151
圖(76):1, 3-(C12OBST)2B之(a)吸收光譜(b)放射光譜。溶劑為THF -----152
圖(77):F-(12ST)2-B之(a)吸收光譜(b)放射光譜,溶劑為THF-------------153
圖(78):F, NH2-(ST)2-B之(a)吸收光譜(b)放射光譜。溶劑為THF---------155
圖(79):NH2-(ST)2-B之(a)吸收光譜(b)放射光譜。溶劑為THF------------156
圖(80):NH2-(ST)2-B之激發光譜,溶劑為THF--------------------------------156
圖(81):F-(ClST)2-B之(a)吸收光譜(b)放射光譜,溶劑為THF-------------157
圖(82):F, NH2-(ClST)2-B之(a)吸收光譜(b)放射光譜,溶劑為THF-------158
圖(83):NH2-(12ClST)2-B之(a)吸收光譜(b)放射光譜,溶劑為THF------158
圖(84):1, 3-(C12OBST)2B、F-(12ST)2-B、F, NH2-(12ST)2-B以及NH2-(12ST)2-B
以THF為溶劑的溶液螢光,吸收波長為365nm-------------------159
圖(85):F-(12ST)2-B、F-(12ClST)2-B、F, NH2-(12ST)2-B、F, NH2-(12ClST)2-B NH2-(12ST)2-B 以及NH2-(12ClST)2-B 以THF為溶劑的溶液螢光,吸收波長為365nm-------------------------------------------------159
圖(86):F-(BST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B1相,180℃------------------------------------------164
圖(87):F, NH2-(BST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距
(d-spacing),斜體字為2θ值。B1相,180℃-------------------------164
圖(88):NH2-(BST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距
(d-spacing),斜體字為2θ值。B1相,200℃-------------------------165
圖(89):F-(ClBST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相,180℃-------------------------165
圖(90):F, NH2-(ClBST)2-B之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距
(d-spacing),斜體字為2θ值。B2相,180℃-------------------------166
圖(91):nBB-ST之相轉移溫度與碳數變化關係圖(升溫速率:5℃
/min),灰色字體為單向液晶相-------------------------------------174
圖(92):B-BST之粉末X光繞射圖,正體字為週期間距(d-spacing),
斜體字為2θ值。(a)123.5℃,SmCa相 (b)124.2℃,N相-------177
圖(93):R’-ST與R’-BST系列中香蕉形液晶相的繞射圖。(a)MBB-MBST,95℃,B1相 (b) 12BB-BST,140℃,B2相 (c) 12BB-ST,124℃,B2相--------------------------------------------------------------------------178

表 錄
表(1):4-(3-n-decyloxyphenyliminomethyl)-phenyl 4-n-alkyloxybenzoates液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓[kJmol-1],括弧表示為單向液晶相------------------------------------------------------------------------------14
表(2):三環系統n-m之液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,
kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相,橫
線為不具有該相-----------------------------------------------------------70
表(3):四環系統n-mB之液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體 ,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相,橫線為不具有該相-----------------------------------------------------------74
表(4):條形旋光液晶分子12MB與曲棍形液晶分子4-12混合物(mol%) 之液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min----------------------------------------------------110
表(5):(nAc) 2-A之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min-------------------------------119
表(6):1, 3-(CnOBBAc) 2B之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具 有該相,橫線為不具有該相--------------------------------------------124
表(7):(14ClAc) 2-A之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相----------------------------------------------------------------------------------124
表(8):(neAc) 2-A之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相----------------------------------------------------------------------------------125
表(9):1, 3-(C12OBST)2B之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相------------------------------------------------------------------------------129
表(10):(XST)2-B之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,KJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相,橫線為不具有該相------------------------------------------------------131
表(11):B2相液晶質之分子長度(HyperChem v7.5, mm+),單層厚度以及推算之傾斜角---------------------------------------------------------138
表(12):五環系列B2相的最大自發極化值與溫度-------------------------151
表(13):(XST)2-B系列的最大吸收波長、最大放射波長以及stokes shift,溶劑為THF------------------------------------------------------------------154
表(14):(XBST)2-B之分子結構及液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相,橫線為不具有該相--------------------------------------------------------161
表(15):(XBST)2-B液晶相的晶格長度、單層厚度、分子長度 (HyperChem v7.5, mm+)以及傾斜角--------------------------------------------------166
表(16):1, 6-N之液晶相轉移溫度(℃)及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5 ℃/min圓點表示具有該相,橫線為不具有該相-------------------------------------------------------------------------169
表(17):R’-ST之液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min。圓點表示具有該相,橫線為不具有該
相-----------------------------------------------------------------------------171
表(18):R’-BST之液晶相轉移溫度(℃)以及相轉移焓(斜體,kJmol-1),DSC升溫速率為5℃/min,圓點表示具有該相,橫線為不具有該相----------------------------------------------------------------------175

紋 理 圖 錄
紋理圖(1):(a)樹枝狀紋理圖 (b)馬賽克紋理圖[7],B1相--------------------3
紋理圖(2):木紋狀紋理圖,B2相----------------------------------------------------5
紋理圖(3):B7相的特徵紋理圖----------------------------------------------------13
紋理圖(4):(a) SmC1相破碎扇形紋理圖(b) SmC2相破碎扇形紋理圖(c) SmC1相Schlieren紋理圖(d) SmC2相Schlieren紋理圖----15
紋理圖(5):12-12B,160.4℃,N相。Sch中具有2-brush,橫軸長度為375μm----------------------------------------------------------------67
紋理圖(6):4-12,85℃,SmA相。FC、圓形區域以及全暗紋理,橫軸長度為375μm---------------------------------------------------------68
紋理圖(7):4-12,81.5℃,SmC相。BFC,Sch中具有4-brush,橫軸
長度為375μm---------------------------------------------------------68
紋理圖(8):4-12,78℃,SmCa相。BFC紋理上具有等間距線條,橫軸長度為375μm------------------------------------------------------69
紋理圖(9):4-12,78℃,SmCa相。Sch中具有2-brush,橫軸長度為375μm-------------------------------------------------------------------69
紋理圖(10):(12Ac) 2-A之B2相,131.9℃,橫軸長度為375μm。灰黑色區域為planar,雙折射區域為具等間距弧線之BFC--121
紋理圖(11):(14Ac) 2-A之B2相,134.5℃,橫軸長度為375μm。Grainy紋理,高雙折射部分為BFC-------------------------------------121
紋理圖(12):F-(ST)2-B之B2相,161.6℃,橫軸長度為375μm。Grainy紋理圖----------------------------------------------------------------132
紋理圖(13):F-(12ClST)2-B之B2相,152℃,橫軸長度為375μm。Fractal紋理圖-----------------------------------------------------------------132
紋理圖(14):F, NH2-(ST)2-B之B2相,160℃,橫軸長度為375μm。Grainy紋理圖與具雙折射的平面紋理圖-----------------------------134
紋理圖(15):F, NH2-(ClST)2-B之B2相,158℃,橫軸長度為375μm。破碎的扇形結構紋理圖--------------------------------------------134
紋理圖(16):NH2-(ST)2-B之B2相,170.2℃,橫軸長度為375μm。多區域的平面紋理圖---------------------------------------------------136
紋理圖(17):NH2-(ClST)2-B之B2相,158.8℃,橫軸長度為375μm。圓形區域以及樹枝狀紋理圖-----------------------------------------------136
紋理圖(18):NH2-(BST)2-B之B1相,182℃,橫軸長度為375μm。香蕉葉紋理圖------------------------------------------------------------162
紋理圖(19):F-(ClBST)2-B之B2相,234.2℃,橫軸長度為375μm。Grainy紋理圖-----------------------------------------------------------------162
紋理圖(20):(NAc) 2-N之B2相,84℃,橫軸長度為375μm。grainy紋理圖--------------------------------------------------------------170
紋理圖(21):(16MB) 2-N之M相,82℃,橫軸長度為375μm。平面紋理圖--------------------------------------------------------------170
紋理圖(22):8BB-ST,126.2℃,B1相的banana leaf紋理圖,橫軸長度為375μm-------------------------------------------------------------173
紋理圖(23):12BB-ST,132℃,B2相的grainy與平面紋理圖,橫軸長度為375μm---------------------------------------------------------173
紋理圖(24):B-BST,118.4℃,SmCa相的2-brush Sch紋理圖,橫軸長度為375μm---------------------------------------------------------176
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