第三章 結果與討論
3-1 彎曲型分子系列一
3-1-1 POM 及 DSC 觀測
temperature(oC) 2nd heating
1st cooling
C7ClC7
crystal isotropic
nematic(5.6oC)
Fig.3-1-1.1 C7ClC7之 DSC 量測圖
從 DSC 圖可見，化合物 C7ClC7由室溫開始加熱至 113°C 進入 isotropic 相。隨後開始降溫，當溫度降溫至 91°C 出現 N 相。再繼續 降溫至 86°C 出現結晶相。所觀測到的溫度為 91~86°C，約 5°C 的 N 相。
C7Cl2C7
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 -1
0 1 2 3 4 5
isotrapic crystal
1st cooling 2nd heating
H
temperature(oC)
crystal isotropic
nematic(13.3oC)
Fig.3-1-1.2 C7Cl2C7之 DSC 量測圖
從 DSC 圖可見，C7Cl2C7化合物由室溫開始加熱至 146°C 進入 isotropic 相。隨後開始降溫，當溫度降溫至 126°C 出現 N 相。再繼 續降溫至 113°C 出現結晶相。約 13°C 的 N 相。
Fig.3-1-1.3C7Cl2C7 在 120°C 的 POM
C9ClC9
temperature(oC) 2nd heating
1st cooling
C9ClC9
crystal isotropic
nematic(21.8oC)
Fig.3-1-1.4 C9ClC9之 DSC 量測圖
從 DSC 圖可見，C7Cl2C7化合物由室溫開始加熱至 94°C 進入 isotropic 相。隨後從澄清點開始降溫，當溫度降溫至 85°C 出現 N 相。
再繼續降溫至 63°C 出現第一個結晶相。約有 22°C 的 N 相。在繼續 降溫則出現第二個結晶相。
C9Cl2C9
temperature(oC)
isotropic crystal
nematic(4.4oC)
Fig.3-1-1.6 C9Cl2C9之 DSC 量測圖
C10ClC10
temperature(oC) 2nd heating
1st cooling C10ClC10
crystal isotropic
nematic (27.3oC)
Fig.3-1-1.8 C10ClC10之 DSC 量測圖
3-1-2 系列一綜合比較
C7ClC7 C7Cl2C7 C9ClC9 C9Cl2C9 C10ClC10 50
60 70 80 90 100 110 120 130
isotropic
nematic
crystal Temperature(o C)
Sample name
Fig.3-1-2.1 系列一液晶分子的溫寬比較圖
由綜合比較的相圖發現當 bent core 中心由兩個氯取代時液晶相 的溫度較高，所以合成設計時以單氯取代較佳，而碳數的多寡也可由 相圖看出，碳鏈較長以及單氯取代的結構 N 相溫寬來的較寬。歸納 出在系列一所有化合物中以 C9ClC9 及 C10ClC10性質最佳。
3-2 彎曲型分子系列二
3-2-1 POM 及 DSC 觀測
C7ClFC7
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
crystal isotropic
H
temperature(oC) 2nd heating
1st cooling
C7ClFC7 crystal isotropic
nematic(6.2oC)
Fig.3-2-1.1 C7ClFC7之 DSC 量測圖
從 DSC 圖可見，化合物 C7ClFC7由室溫開始加熱至 105°C 進入 isotropic 相。隨後從澄清點開始降溫，當溫度降溫至 79°C 出現 N 相。
再繼續降溫至 73°C 出現第一個結晶相。約只有 6°C 的 N 相。再繼續 降溫則出現第二個結晶相。
Fig.3-2-1.2 C ClFC 在 78°C 的 POM
C7Cl2FC7
60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 -1
0 1 2 3 4
crystal isotropic 1st cooling
2nd heating
H
temperature(oC)
crystal isotropic
nematic(3.6oC)
Fig.3-2-1.3 C7Cl2FC7之 DSC 量測圖
從 DSC 圖可見，化合物 C7Cl2FC7由室溫開始加熱至 141°C 進 入 isotropic 相。隨後從澄清點開始降溫，當溫度降溫至 115°C 出現 N 相。再繼續降溫至 111°C 出現結晶相。約只有 4°C 的 N 相。
Fig.3-2-1.4C7Cl2FC7 在 114°C 的 POM
3-2-2 系列二綜合比較
C7Cl2C7 C7Cl2FC7 C7ClC7 C7ClFC7 C9Cl2C9 C9ClC9 C10ClC10 60
70 80 90 100 110 120
Temperature(o C)
Sample isotropic
crystal
nematic
Fig.3-2-2.1 系列二液晶分子的溫寬比較圖
綜合比較結果為 C7ClFC7和 C7Cl2FC7依然有出現約 4~6°C 的 液晶相而 C7ClFC7*及 C7Cl2FC7*液晶相非常短幾乎直接進入結晶相，
相較於系列一的化合物，系列二液晶相溫寬皆非常短，推測的原因可 能是碳鏈長度太短，或是氟的加入導致結構的破壞所造成。而尾端軟 段加入 chiral 也會使得液晶相溫寬變窄。加長碳鏈的長度，或許能夠 改善此問題。找出適當的碳鏈長度，加入 F 及 chiral 依然有機會誘導 出單一化合物藍相。
3-3 彎曲型分子系列一混摻掌性分子之探討 chiral-dopant 的混摻方式來誘導藍相液晶。chiral-dopant 則選用實驗室 自行開發的系列三 chiral-dopant，並且以 5wt%和 10wt%的混摻比例 做為比較，探討不同種類的 chiral-dopant 以及不同的混摻比例對於誘 導出藍相液晶之研究。期待找出誘導藍相液晶的最佳混摻比例。
3-3-1 系列一混摻比例表
C7ClC7 混摻 ISO-F& ISO-F*
sample host dopant
wt% mg wt% mg
1 C7ClC7 100% 20 0% 0
2 ISO-F 5% 95% 19 5% 1
3 ISO-F 10% 90% 18 10% 2
4 ISO-F* 5% 95% 19 5% 1
5 ISO-F* 10% 90% 18 10% 2 Table.3-3-1.1 C7ClC7 混摻 ISO-F& ISO-F*之比例
C7Cl2C7 混摻 ISO-F& ISO-F*
sample host dopant
wt% mg wt% mg 1 C7Cl2C7 100% 20 0% 0
2 ISO-F 5% 95% 19 5% 1
3 ISO-F 10% 90% 18 10% 2
4 ISO-F* 5% 95% 19 5% 1
5 ISO-F* 10% 90% 18 10% 2
Table.3-3-1.2 C7Cl2C7 混摻 ISO-F& ISO-F*之比例
C9ClC9 混摻 ISO-F& ISO-F*
sample host dopant
wt% mg wt% mg
1 C9ClC9 100% 20 0% 0
2 ISO-F 5% 95% 19 5% 1
3 ISO-F 10% 90% 18 10% 2
4 ISO-F* 5% 95% 19 5% 1
5 ISO-F* 10% 90% 18 10% 2 Table.3-3-1.3 C9ClC9 混摻 ISO-F& ISO-F*之比例
C9Cl2C9 混摻 ISO-F& ISO-F*
sample host dopant
wt% mg wt% mg 1 C9Cl2C9 100% 20 0% 0
2 ISO-F 5% 95% 19 5% 1
3 ISO-F 10% 90% 18 10% 2
4 ISO-F* 5% 95% 19 5% 1
5 ISO-F* 10% 90% 18 10% 2 Table.3-3-1.4 C9Cl2C9 混摻 ISO-F& ISO-F*之比例 C10ClC10 混摻 ISO-F& ISO-F*
sample host dopant
wt% mg wt% mg 1 C10ClC10 100% 20 0% 0
2 ISO-F 5% 95% 19 5% 1
3 ISO-F 10% 90% 18 10% 2
4 ISO-F* 5% 95% 19 5% 1
5 ISO-F* 10% 90% 18 10% 2 Table.3-3-1.5 C10ClC10 混摻 ISO-F& ISO-F*之比例
3-3-2 系列一混摻結果討論
混摻結果當 chiral-dopant 為 10%時，除了少數有出現 3 度以內的 液晶相，幾乎全部的化合物皆直接由 isotropic 進入結晶相，並沒有出 現穩定且溫寬長的液晶相。可能的原因為 chiral-dopant 的過量加入，
過度破壞了 bent core 分子的堆疊，而導致液晶相的消失。而混摻結 果當 chiral-dopant 為 5%時，皆出現 N*相，並且以 ISO-F* 5%最佳。
以 C9ClC9系列為例，混摻 ISO-F 5%時，化合物由室溫開始加熱 至 100°C 進入 isotropic 相。隨後從澄清點開始降溫，當溫度降溫至 90°C 出現 blue phase 與 N*共存混相。而後藍相消失成純 N*相，再繼 續降溫至 73°C 出現結晶相，溫寬約 17°C 的液晶相。
而 C9ClC9混摻 ISO-F* 5%時，化合物由室溫開始加熱至 97°C 進入 isotropic 相。隨後從澄清點開始降溫，當溫度降溫至 75°C 出現 明顯的 blue phase，持續降溫直到 65°C 由 blue phase 進入 N*。N*溫 寬約 1~2°C 隨即進入結晶相。
Fig.3-3-2 1 C9ClC9 /ISO-F* 5%
3-4 UV 光譜量測
350 400 450 500 550 600
absorbance (a.u.)
wave length (nm)
57oC
3-5 光電量測
由混掺數據結果得知，當加入 5 wt% chiral dopant ISO-F*於 host 彎曲分子 C9ClC9中，可獲得 BPIII 液晶相，液晶溫寬為 17℃。進一 步灌進 IPS(in-plane switching)液晶盒觀測 BPIII 液晶相之光電行為變 化，利用毛細現象灌入液晶盒中，其液晶盒厚度為 4 μm、線寬為 10 μm、
線距為 10 μm。
接著將樣品置正交偏光顯微鏡底下，電極於兩片正交偏光片之 偏光軸(polarizing axes) 45o的位置，從 isotropic 溫度以慢速降溫的方 式(0.1℃/min)降至 BPIII 液晶溫度(68℃)，施加不同 AC 電壓，頻率為 60 Hz 的方波，觀察光強度對電壓之影響，如 Fig.3-5.1 所示。
當電壓加至 56 Vrms，可發現由暗態轉變輕微亮態，這大約可表 示這樣的電壓為驅動電壓，隨之繼續把電壓加大至最亮態的電壓 180 Vrms(飽和電壓)，結果顯示電壓隨亮度變大而變亮，這歸因於電場誘 導相轉變，從暗態的非晶(amorphous)結構之 BPIII，即光學等方向性 (optically isotropic)轉變至一個明顯均一亮態的 N(nematic)相，即光學 異方向性(anisotropic)，此光電行為光電之克爾效應(Kerr effect)。
Fig.3-5.1BPIII 液晶相在不同電壓光強度變化之偏光顯微鏡圖