向列相液晶E-24的极化率、序参数和介电性能的温度依赖性研究及其在光电器件中的应用潜力

研究人员针对高双折射率(>0.2)的向列相液晶材料E-24，系统研究了其光学和介电参数的温度依赖性。通过Vuks、Neugebauer和Maier & Saupe三种方法计算了主极化率(αo, αe)和极化率各向异性(αo–αe)，并采用六种不同方法获得了序参数(S)。研究发现室温下S值在0.6-0.7之间，介电各向异性(?∈′=∈‖′?∈⊥′)和平均介电常数(<∈′>=(∈‖′+2∈⊥′)/3)等参数表明该材料在显示和电光器件中具有应用潜力。

　　

液晶材料因其独特的光电特性在显示技术、光学器件和传感器等领域具有广泛应用。其中，向列相液晶(NLCs)作为最简单的液晶相，其分子沿特定方向排列产生各向异性特性，这种特性使其成为现代显示技术的核心材料。然而，液晶材料的性能高度依赖于温度，温度变化会影响其光学和介电特性，进而影响器件性能。因此，深入研究液晶材料参数的温度依赖性对于开发新型功能材料和优化器件性能具有重要意义。

针对这一科学问题，某大学的研究人员对具有高双折射率(>0.2)的向列相液晶材料E-24进行了系统研究，相关成果发表在《Next Materials》上。研究人员通过实验测量和理论计算相结合的方法，全面表征了该材料的光学和介电参数随温度的变化规律，为开发新型液晶材料和优化器件性能提供了重要参考。

研究采用了多种关键技术方法：通过楔形细胞法测量了异常折射率(n_e)和寻常折射率(n_o)；使用膨胀计测量了密度(ρ)；基于Vuks、Neugebauer和Maier & Saupe三种理论模型计算了主极化率(α_e, α_o)；采用六种不同方法(直接外推法、Vuks法、修正Vuks法、Neugebauer法、Maier & Saupe法和有效几何参数法)计算了序参数(S)；在10kHz频率下测量了平行(∈_‖′)和垂直(∈_⊥′)介电常数分量；最后通过Maier & Meier理论计算了分子偶极矩(μ)和偶极轴倾斜角(β)。

研究结果部分，在折射率和双折射率研究中发现，E-24材料在300K时的最大双折射率(?n)达到0.221，表现出优异的光学特性。密度测量显示，该材料在327K附近发生向列相-各向同性相转变。极化率研究方面，通过三种不同方法计算的主极化率在300K时的值分别为：Vuks法(α_e=3.383×10^-23 cm³, α_o=2.189×10^-23 cm³)、Neugebauer法(α_e=3.226×10^-23 cm³, α_o=2.279×10^-23 cm³)和Maier & Saupe法(α_e=3.326×10^-23 cm³, α_o=2.189×10^-23 cm³)，三种方法结果吻合良好。序参数研究显示，六种不同方法计算的序参数在300K时介于0.66-0.72之间，表现出较高的分子有序性。介电性能研究发现，该材料在293K时的介电各向异性(?∈′)达到10.63，具有明显的正介电各向异性特性。分子偶极矩和倾斜角研究表明，偶极矩(μ)在293K时为2.83D，在326K时为2.99D；倾斜角(β)从293K时的31°变化到326K时的54°。

研究结论指出，E-24材料因其高光学双折射率(>0.2)、适中的介电参数和高序参数等特性，在现代显示器和电光器件中具有重要应用潜力。该研究不仅为理解液晶材料的结构-性能关系提供了理论基础，也为新型功能液晶材料的设计和开发提供了重要参考。特别是通过多种理论方法对材料参数的交叉验证，增强了研究结果的可靠性，为液晶材料性能的精确表征建立了方法学基础。这些发现对于推动液晶显示技术的发展和新型光电功能材料的开发具有重要意义。