NMR、高周波誘電測定による液晶の分子運動と強誘電・反強誘電性発現に関する研究

利用核磁共振和高频介电测量研究液晶的分子运动以及铁电和反铁电特性的表达

基本信息

批准号：
09750010
负责人：
高西陽一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750010/
关键词：
液晶強誘電性反強誘電性 NMR 分子運動高周波誘電率 V字型反転

项目摘要

液晶における強誘電・反強誘電性の発現に分子の運動性がどう関わっているか検討を行った。まず分子の各セグメントの各相における配向秩序と運動性を議論するため、部分重水素化した反強誘電性液晶のD-NMR測定を行った。詳細にスペクトルの解析し、アキラルアルキル鎖は分子長軸にほぼ平行なのに対し、キラルアルキル鎖は大きく折れ曲がっていることが明らかになった。さらに、キラルアルキル鎖は常誘電SmA相においても非常に大きな回転束縛を受けており、しかもその束縛方向は分子傾き面に対して非対称で、それは不斉炭素の影響によると推測できた。このことに関して、Journal of Physical Society of Japan(Letter)Vol.68(1999)pp.9-11に報告した。分子長軸周りの回転運動に関して、13C-NMRによる反強誘電性液晶MHPOBCのT1測定から、自発分極に寄与するエステル基と不斉炭素の緩和挙動のみが常誘電SmA相と反強誘電SmCA^*相とで異なることを明らかにした。このことは分子全体の長軸周りの回転状態はSmA相とSmCA^*相で変わりがなく、SmA相でも分子は自由回転していない可能性を示しており、また相転移で特定の官能基が、分子間相互作用を受けて緩和状態が異なることを示唆している。この成果について、Japanese Journa1 of Applied Physics Vol.38(1999)p.147-150に報告した。MHPOBCの長軸周りの回転挙動に関しては、周波数1MHz〜1GHzの高周波誘電率の測定を行って、その緩和挙動からも検討した。結果、自発分極のない常誘電SmA相と各層内に自発分極を有する強誘電SmC^*、反強誘電SmCA^*相で緩和周波数や強度に大きな違いがないことから、分子長軸周りの回転は各相でそれ程違いがないことがわかった。この結果はSmA相で自発分極をもたないのは、自由回転によるのでなく、回転束縛を受けているものの、個々の分子でその方向に秩序がないことを示唆し、これはNMRの結果とも整合する。またキラルアルキル鎖の炭素数の偶奇により強誘電、反強誘電が出現する材料について同様の測定を行ったところ、MHPOBCとは若干傾向が異なるものの緩和挙動に違いは見られず、長軸周りの回転は出現する相によってではなく、分子構造の違いによるところが多いことがわかった。またV字型反転を示す反強誘電性液晶について、デジタルカメラを使用しての基本的な電気光学物性測定、組織観察を行い、特に配向膜の厚さが反転特性に大きく影響していることを明らかにした。この成果についてMolcular Crystals&Liquid Crystals Vol.322(1998)pp.337-342,Liquid CrystalVol.25(1999)in pressに報告した。

我们研究了分子迁移率如何参与液晶中铁电性和反铁电性的表达。首先，为了讨论每个相中每个分子片段的取向顺序和迁移率，我们对部分氘化反铁电液晶进行了 D-NMR 测量。详细的光谱分析表明，非手性烷基链几乎平行于分子的长轴，而手性烷基链则明显弯曲。此外，即使在顺电SmA相中，手性烷基链也受到极大的旋转约束，且约束方向相对于分子倾斜面是不对称的，这可以推断是由于不对称碳的影响。我们在《Journal of Physical Society of Japan (Letter)》第 68 卷（1999 年）第 9-11 页上对此进行了报道。关于围绕分子长轴的旋转运动，通过13C-NMR对反铁电液晶MHPOBC的T1测量表明，只有酯基和手性碳的弛豫行为有助于自发极化，这是顺电SmA相和反铁电SmCA^ *据透露，各个阶段之间存在差异。这表明在SmA相和SmCA^*相之间整个分子绕长轴的旋转状态是相同的，并且即使在SmA相中分子也可能不能自由旋转，但这表明弛豫状态。由于分子间相互作用而不同。该结果发表在《日本应用物理学杂志》第 1 卷第 38 卷（1999 年）第 147-150 页中。关于MHPOBC绕其长轴的旋转行为，我们测量了1MHz至1GHz频率下的高频介电常数，并研究了其弛豫行为。因此，没有自发极化的顺电 SmA 相、每层内有自发极化的铁电 SmC^* 和反铁电 SmCA^* 相以及绕层长轴旋转的弛豫频率或强度没有显着差异。发现各相之间没有太大差异。这一结果表明，SmA 相中缺乏自发极化并不是由于自由旋转，而是尽管它受到旋转约束，但每个分子在该方向上没有顺序，这也与 NMR 结果一致。。此外，对根据手性烷基链中碳原子的奇偶数出现铁电性和反铁电性的材料进行了类似的测量，虽然趋势与MHPOBC略有不同，但在弛豫方面没有观察到差异。研究发现，旋转很大程度上是由于分子结构的差异，而不是取决于出现的相。我们还使用数码相机对表现出V形反转的反铁电液晶进行了基本的电光特性测量和微观结构观察，发现取向膜的厚度尤其对所显示的反转特性有很大影响。该结果报道于《分子晶体与液晶》第 322 卷（1998 年）第 337-342 页和《液晶》第 25 卷（1999 年）中。