液晶摻雜染料之介電頻譜

第四章實驗結果與討論

4.1 液晶摻雜染料之介電頻譜

本實驗針對向列型液晶摻雜二色性染料進行介電特性與光學效應的研究，在量測結果中，除了說明染料對介電與光學個別的特性，並深入分析探討兩者間是否存在密切的關聯性。吾人將實驗架構劃分為三大主軸，分別為綜合型（圖 4.1）、蒽醌型（圖 4.2）與單偶氮型（圖 4.3）系統。

介電常數實為頻率的函數，其實部與虛部可利用儀表直接測量，所依據的電性參數關係式如下：

C

 C



(4.1a)

C G

  

(4.1b)

其中 G 為電導值、C 為電容值、Co為真空電容值、



為角頻率。藉由

（4.1）

可將電容值與電導值轉換成介電常數的實部與虛部。

圖 4.1 綜合型染料比較圖。

圖 4.2 蒽醌型染料比較圖。

圖 4.3 單偶氮型染料比較圖。

下列為各類染料/液晶混合物之介電實部與虛部量測結果。

(1) DO3 染料之介電實部（´）與虛部（

"）（如圖 4.4）。DO3 化合物中 NH

推電子性與 NO2拉電子性彼此間強烈關係進而形成推拉效應（push–pull effect），使得電子的非定律化（delocalization）更佳，虛部之變化隨濃度遞增更為明顯。

(2) DO11 染料之介電實部（^´）與虛部（^

"）（如圖 4.5）。DO11 整條主鏈

都為單鍵，而電子只在苯環上傳遞，使其共軛延伸極差，因此介電虛部變化極不明顯。

(3) DO13 染料之介電實部（´）與虛部（

"）（如圖 4.6）。DO13 因雙偶氮

特性使共軛延伸性更強，其介電虛部亦隨染料濃度之增加而產生極為顯著之變化。

(4) DO37 染料之介電實部（^´）與虛部（^

"）（如圖 4.7）。DO37 化合物中

由烷基類（CH3）與氮（N）結合而產生更強的推電子性，但由於結構中具有電負度大的氯（Cl）原子將位移的電子給吸引，造成其共軛延續性變差，因此介電虛部未因染料濃度增加而明顯變化。

(5) DB14 染料之介電實部（´）與虛部（

"）（如圖 4.8）。DB14 因蒽醌結

10

⁵

更進一步地，吾人將實驗所設計三大架構於固定擷取頻率為 100Hz 之取樣點，加以觀察探討各染料間電虛部之明顯差異性。

（1）綜合型染料之介電虛部（

"）比較圖（圖 4.9）。

（2）蒽醌型染料之介電虛部（

"）比較圖（圖 4.10）。

（3）單偶氮型染料之介電虛部（

"）比較圖（圖 4.11）。

共軛效應（conjugated effect）係由共軛分子引起的電子位移現象。共軛分子是一種由單鍵和雙鍵交替連接起來的不飽和分子。換言之，在分子主鏈上具有單鍵、雙鍵（或參鍵）交替之共軛結構（-C-CC-C=C-），使電荷或電子可沿著分子鏈或跨分子鏈運動，且分子中的電子位移與導電率及介電虛部（損耗）成正相關性。如表 4.1所示，實驗結果分析如下：

(1) 綜合型：DO13 為雙偶氮型染料，由於共軛分子結構的延伸最長，其介電虛部隨著染料濃度的增加，具有最顯著的變化。DO11 為蒽醌型染料，由於整條主鏈都為單鍵，而電子只在苯環上傳遞，因此為三者中介電虛部變化最不明顯者。DO37 為單偶氮型染料，具共軛分子結構，其共軛性比 DO13 小。故根據共軛結構的電子非定律化特性與介電虛部實驗之比較結果為 DO13  DO37  DO11。

(2) 蒽醌型：蒽醌結構中，電子位移都發生在苯環上，DB14 化合物中 CH3

推電子性強，且兩官能基呈對位關係，可使電子的非定律化更佳。DO11 的分子 NH2推電子性弱，且兩官能基呈鄰位關係而產生鄰位的立體阻礙，使

電子的移位方向不一致，造成電子的非定律化較差。故根據共軛結構的電子非定律化特性與介電虛部實驗之比較結果為 DB14  DO11。

(3) 單偶氮型：單偶氮化合物具分子共軛結構，DO37 化合物中烷基類（CH3）與氮（N）結合而產生更強的推電子性，但由於結構中具有電負度大的氯（Cl）

原子將位移的電子給吸引，造成其共軛延續性變差。DO3 化合物中 NH2推電子性強與 NO2拉電子性強而形成推拉效應（push–pull effect），使得電子的非定律化更佳。故根據共軛結構的電子非定律化特性與介電虛部實驗之

0 0.01 0.04 0.07 0.1 0.13

表 4.1 實驗設計架構之介電虛部比較。

在文檔中染料與液晶混合物的導電率與秩序參數之關係 (頁 45-56)

第四章 實驗結果與討論