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研究生：	田凱欣 Tien, Kai-Hsin
論文名稱：	含不同液晶元單體及液晶高分子之合成及特性研究 Synthesis and Characterization of Monomers and Liquid Crystalline Polymers Containing Various Mesogenic Groups
指導教授：	劉瑞祥 Liu, Jui-Hsiang
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程學系 Department of Chemical Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	123
中文關鍵詞：	光學活性物、膽固醇液晶高分子
外文關鍵詞：	chiral compounds, cholesteric liquid crystalline polymers
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本實驗研究合成一系列含有不同末端基團及不同液晶元之液晶性單體和光學活性單體，再利用自由基聚合方法，在相同反應條件下，合成側鏈型液晶高分子均聚物及共聚物。本實驗合成的單體及液晶高分子，使用FT-IR、1H-NMR、EA、TGA、UV、DSC、GPC、X-ray等儀器來加以鑑定與分析。經由偏光顯微鏡分析可將高分子分類為nematic、chiral smectic A及cholesteric液晶。在起始劑3 mol %條件下，所合成液晶高分子之重量平均分子量為7,000~50,000，聚合物之10 wt % 熱重損失皆可達到320 oC以上，因此為一耐熱性質非常優良的材料。利用向列型液晶與光學活性單體摻混，可成功的誘導出膽固醇型液晶相，並研究其相行為及選擇性光反射效應，藉著改變不同的溫度及混合比例，再經由紫外光照射進行交聯反應，可製作出反射不同波長光(R、G、B)之膽固醇型液晶光學薄膜，亦可藉由疊層的方法(stacked)擴張膽固醇型液晶光學薄膜之反射波長域。本研究中，膽固醇型液晶高分子經由改變溫度來探討膽固醇型液晶螺旋距大小及反射波長位移等特性，並添加光致變性之光學活性物於膽固醇型液晶高分子中，經由照射UV光使C=C雙鍵進行光異構化反應，由於E-Z異構物分子構型的改變而影響整體液晶分子的排列，造成有效的改變膽固醇型液晶螺旋距，進而改變選擇性光反射的顏色。因此可利用光罩，製備出具有R、G、B色彩之膽固醇型液晶光學薄膜。本實驗研究所製備之膽固醇型液晶光學薄膜，可應用在光儲存紀錄材料，可饒式電子書顯示器，反射式偏光板及彩色濾光片等領域。

A series of liquid crystalline monomers with various mesogenic and chiral groups were synthesized and characterized. Homopolymers and copolymers were further synthesized by using liquid crystalline monomers in the presence of 3 wt% free radical initiator. The synthesized monomers, homopolymers and copolymers were identified using FT-IR, 1H-NMR, EA, TGA, UV-vis, DSC, GPC, and XRD. Polymers were identified as nematic, chiral smectic A and cholesteric phase based on the textures observed under POM. Molecular weight of the above polymers ranged from 7,000 to 50,000. All polymers revealed high thermal stability and 10 wt% weight losses were found to be above 320 oC. Addition of miscible chiral monomer into nematic liquid crystals induced cholesteric liquid crystal phase with various pitches. Effect of molar ratio and UV irradiation on the variation of colors of cholesteric liquid crystal films were investigated. Cholesteric liquid crystal films reflecting Red (R), Green (G), and Blue (B) colors were fabricated and demonstrated successfully. It was discovered that stacking of the films expand the reflective wavelength. Temperature dependence of the optical properties of the cholesteric films was evaluated. Variation in E/Z configurational isomerization due to UV irradiaton of the C=C segment was also investigated. It was found that UV irradiation through a mask induce the cholesteric film with R, G, and B colors. The results of this investigation suggest that the fabricated cholesteric films could be used in the field of image recording, flexible displays, reflective polarizers, and color filters.

目錄
摘要......................................................I
Abstract.................................................II
目錄.....................................................IV
表目錄..................................................VII
圖目錄.................................................VIII
符號表..................................................XIV
第一章 緒 論..............................................1
1-1 前言................................................. 1
1-2 研究動機............................................. 2
第二章 原理與文獻回顧.................................... 3
2-1 液晶簡介............................................. 3
2-2 液晶的分類........................................... 5
2-3 液晶分子構造........................................ 11
2-4 液晶高分子概述...................................... 13
2-5 液晶的物理性質及光學異性............................ 17
2-6 膽固醇液晶的光學特性.................................20
2-7 小分子膽固醇型液晶可逆性顏色儲存系統之簡介.......... 20
2-8 反射式膽固醇型液晶顯示器.............................21
2-9 膽固醇型液晶反射式偏光板簡介.........................23
2-10 膽固醇型液晶增亮膜................................. 24
2-11 膽固醇型液晶高分子於顏色儲存材料系統之簡介......... 24
第三章 實驗部分..........................................26
3-1 藥品................................................ 26
3-2 儀器................................................ 27
3-3 實驗步驟............................................ 29
3-3-1 藥品純化.......................................... 29
3-3-2 單官能基液晶單體之合成 (M1, M2, M3, M4, M5)........29
3-3-3 光學活性單體之合成................................ 31
3-4 側鏈型高分子之合成(P1~P21) ......................... 40
3-4-1 均聚物(P1)........................................ 40
3-4-2 具光學活性基團之共聚物(P2) ........................41
3-5 第一部份：膽固醇液晶薄膜............................ 42
3-5-1 材料配方.......................................... 42
3-5-2 玻璃片的清洗及空cell 的製作........................43
3-5-3 光學活性化合物與向列型液晶之摻混...................45
3-5-4 光穿透度的測量.....................................45
3-5-5 光學活性單體與膽固醇型液晶之摻混.................. 46
3-6 第二部份：複合系液晶的製作.......................... 46
3-6-1 偏光顯微鏡觀察.................................... 46
3-6-2 複合系液晶的光學特性...............................46
3-7 第三部份：膽固醇液晶高分子膜製作.................... 46
3-7-1 測量熱對膽固醇液晶高分子的效應.................... 47
3-7-2 光致變性化合物與膽固醇液晶高分子摻混配方製成薄膜...47
3-7-3 光學活性物與向列型液晶高分子摻混之配方製作成薄膜...47
第四章 結果與討論....................................... 48
4-1 化合物之鑑定........................................ 48
4-1-1 單官能性液晶單體之鑑定.............................48
4-1-2 含光學活性基團單體之鑑定.......................... 50
4-2 液晶單體與光學活性單體之EA 分析..................... 53
4-3 單體之熱性質和液晶相之探討.......................... 54
4-3-1 液晶單體之探討.....................................54
4-3-2 光學活性單體之探討.................................56
4-4 高分子之鑑定 (P1-P21) ...............................57
4-4-1 高分子之EA 分析................................... 57
4-4-2 高分子重量平均分子量之探討.........................57
4-4-3 均聚物和共聚物之熱性質、液晶性和結構特性之探討.... 60
4-4-4 熱重損失探討.......................... ............62
4-5 光學活性單體對液晶之誘導效應探討.....................63
4-5-1 光學活性單體對向列型液晶之影響.................... 63
4-5-2 光學活性單體對膽固醇液晶選擇性光反射系統之影響.... 64
4-6 M3/M11*複合系液晶的探討............................. 64
4-6-1 複合系液晶光學紋理.................................64
4-6-2 複合系液晶相圖.................................... 65
4-7 複合系液晶光學薄膜的研究.............................65
4-7-1 單一光學膜溫度變化對反射波的影響...................65
4-7-2 多層膜反射全光譜之膽固醇型光學膜...................67
4-8 膽固醇液晶高分子膜製作...............................67
4-8-1 膽固醇液晶高分子的熱效應.......................... 67
4-8-2 添加光致變性化合物對膽固醇液晶高分子薄膜之探討.... 68
4-8-3 光學活性物與向列型液晶高分子摻混之配方製作成薄膜...70
第五章 結 論............. ..............................119
參考文獻............... ................................120
                                    

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校內：2008-06-23公開
校外：2008-06-23公開

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