[发明专利]一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用。该偶氮类液晶化合物的结构式如式Ⅰ所示，其中，R₁为C₃‑C₂₀的烷基，R₂为C₁‑C₃的烷基。相比于棒状偶氮液晶化合物，本发明的弯曲形偶氮类液晶化合物具有更快的光响应性和光化学相变效率；在溶液中紫外光照3s就能够达到光稳态；作为光响应掺杂剂添加到向列相液晶7CB中时，在38℃时其光响应时间只有1s(3wt％)、2s(2wt％)，且在向列相态区间随温度提高响应速度越快。

技术领域

本发明属于液晶光学及其响应掺杂剂技术领域，更具体地，涉及一种弯曲形偶氮类液晶化合物及其制备方法和应用。

背景技术

偶氮苯类液晶化合物具有光致异构和响应速度快等特点。偶氮苯类液晶化合物既具有光致异构性，又具有液晶相态，并同时对光、电、热等外部激发源作出响应。在自然条件下，偶氮苯液晶化合物呈反式结构，具有液晶相态；而在紫外光的作用下，其反式结构转变为顺式结构，分子排列混乱无序，成为各向同性态，不具有液晶态。目前偶氮苯类液晶化合物主要分为棒状偶氮液晶化合物和弯曲偶氮液晶化合物两类，当它们作为光响应掺杂剂加入到向列相液晶材料中时，由于偶氮键在光照或热的作用下发生可逆的顺-反异构转化，可使向列相液晶态与各向同性态(即液态)之间会发生可逆相转变。基于该性质使得偶氮苯类液晶可作为掺杂剂与向列相液晶材料形成复合光敏液晶材料，在光电信息开关、光信息存储、分子开关、光电传感器、分子机器人、生物传感器等领域有着潜在应用价值。

偶氮苯液晶分子中的偶氮健两端分别连接苯环，有顺式和反式两种构型。反式构型能级相对较低，比顺式构型稳定。一般情况下，绝大部分偶氮苯化合物都以反式构型存在。当偶氮苯化合物通过适当的波长紫外光进行照射时，反式构型全部或大部分会迅速转化为顺式构型，即是说光致异构化。而当通过可见光照射或在热的作用下，顺式构型又会恢复到反式构型(如图1所示)。

目前作为光响应掺杂剂研究的偶氮苯类液晶化合物主要是棒状偶氮分子，其光响应速度慢、光致相变效率低；而现有报道的弯曲型偶氮液晶分子的偶氮键大都在离分子中心核较远的两支臂结构单元上，其光响应速度也较慢，紫外光照其偶氮弯曲液晶分子达到异构化转化的光稳态平衡时需要1分钟以上，而由顺式转变为反式的时间更长，甚至需要1h左右(见文献[1]董寅，弯曲型液晶分子及非对称直线型含偶氮基团分子的合成及性能表征[D].华东理工大学,2012；文献[2]周瑛,偶氮类香蕉形液晶聚合物的合成与表征[D].华南理工大学,2014；文献[3]Alaasar M,Prehm M,Tschierske C.New azobenzene containingbent-core liquid crystals based on disubstituted resorcinol[J].LiquidCrystals.2013,41(1):126-136；文献[4]Alaasar M,Prehm M,May K,et al.4-Cyanoresorcinol-Based Bent-Core Mesogens with Azobenzene Wings:Emergence ofSterically Stabilized Polar Order in Liquid Crystalline Phases[J].AdvancedFunctional Materials.2014,24(12):1703-1717.)。

因此，有必要开发出快速光响应、具有良好光致异构性能的偶氮苯类液晶化合物。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种偶氮类液晶化合物，使其具有快速光响应性和良好的光致异构性能。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种弯曲形偶氮类液晶化合物，该偶氮类液晶化合物的结构式如式Ⅰ所示：