عنوان

سنتز برخی ساختارهای بلور مایع برپایه کومارین و بررسی کاربرد آن ها در صفحات LCD انعطاف پذیر

پ۲۷۶۳۹

per

سنتز برخی ساختارهای بلور مایع برپایه کومارین و بررسی کاربرد آن ها در صفحات LCD انعطاف پذیر

آرزو افشان مهر

مهندسی شیمی

۱۴۰۱

۱۷۸ص.

سی دی

دکتری

شیمی آلی

۱۴۰۱/۰۶/۲۹

صفحات نمایشگر بلور مایع (LCD) امروزه جایگاه ویژه¬ایی در صنعت نور و تصویر به خود اختصاص داده¬اند. در این میان صفحات LCD انعطاف¬پذیر که قابلیت خمش و انعطاف دارند، در سال¬های اخیر به دلیل داشتن مزایایی از قبیل قابلیت سازگاری بالا از نظر شکل فیزیکی، حمل و نقل آسان و مقاومت بهتر و بیشتر نسبت به ضربه مورد توجه زیادی قرار گرفته و یقیناً بخش مهمی از فناوری¬های آینده خواهند بود. بلورهای مایع بعنوان ماده اصلی در فناوری LCD به خودی خود ایجادکننده¬ی نور و تصویر نمی¬باشند بلکه با تغییر جهت¬گیری مولکول¬های خود در پاسخ به جریان الکتریکی اعمال شده، تصویر بوجود می¬آورند. تلاش در جهت سنتز مواد بلور مایع با خصوصیات فیزیکو-شیمیایی و الکترو-نوری بهتر و پاسخ در پتانسیل الکتریکی پایین¬تر از زمینه¬های روزآمد پژوهشی در جهت ارتقا فناوری صفحات LCD می¬باشد.در این راستا در بخشی از کار پژوهشی حاضر چند ماده بلور مایع درشت مولکول جدید با هدف کاهش پتانسیل آستانه پاسخ و خصوصیات الکترو-نوری بهتر، و با بکارگیری مواد ارزان قیمت و با اثرات زیست محیطی کمتر طراحی و سنتز شده است. در اینجا از مشتقات کومارین که یک ماده طبیعی است، بعنوان ماده پایه ترکیب بلور مایع، پنتااریتریتول و دو ترکیب هیدروکربنی، کلرو استیل کلراید و 4-کلرو بوتیریل کلراید با طول متفاوت بعنوان زنجیرهای جانبی جهت اتصال کومارین به مولکول پنتااریتریتول بعنوان هسته مرکزی استفاده شده است. همچنین نانو ذرات یکی از نمونه¬ها، 2,2-بیس((2-(4-متیل-2-اکسو-2-هیدروژن-کرومن-7-ایل)اکسی)استوکسی)متیل پروپان-3,1- دیل بیس (2-((4-متیل-2-اکسو-2-هیدروژن-کرومن-7-ایل)اکسی)استات تهیه شده و با استفاده از روش پلیمریزاسیون امولسیونی با لایه¬ای از پلیمر پلی¬متیل متاکریلات پوشش داده شد و ساختار هسته-پوسته مربوطه تهیه شده است که مسیر واکنش¬ها در (شمای(1-1)) نشان داده شده است. ساختار ترکیب¬های سنتز شده با استفاده از روش¬های طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای 1H-NMR، 13C-NMR، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR) و طیف سنجی جرمی (MS) به اثبات رسیده است. ریخت شناسی، اندازه، توزیع اندازه ذرات مواد تهیه شده و ساختار هسته-پوسته با استفاده از روش¬های میکروسکوپ الکترونی روبشی (FE-SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (HRTEM) و روش پراکندگی نور دینامیکی (DLS) به اثبات رسیده است. پایداری حرارتی مواد تهیه شده با استفاده از روش تجزیه وزن سنجی گرمایی (TGA) و رفتار حرارتی نمونه¬ها با استفاده از روش گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مورد بررسی و دماهای تبدیلات فازی نمونه¬ها تعیین گردیده است. دمای انتقال شیشه¬ای (Tg) 49 و ۲۹ درجه سانتی¬گراد به¬ترتیب برای ترکیب با طول زنجیر جانبی کوتاه و زنجیر بلند و دو دمای Tg در 47 و 165 درجه سانتی¬گراد برای ترکیب هسته-پوسته مشاهده شده است. جهت بررسی همبستگی بین تغییرات فازی مشاهده شده و خصوصیات فیزیکو شیمیایی مواد سنتز شده، طیف ماوراء-بنفش مرئی (UV-Vis) نمونه¬ها ثبت و طول موج مربوط به حداکثر جذب نمونه¬ها اندازه گیری شده است. سپس جهت بررسی خصوصیات نوری نمونه در دماهای مختلف یک سیستم کنترل دمایی طراحی و ساخته شده است. در نهایت لایه نازکی از هر یک از مواد سنتز شده در روی شیشه¬های پوشیده شده با لایه نازک رسانای اکسید قلع ایندیم (ITO) پوشش داده شده و تصاویر میکروسکوپ نوری قطبشی (POM) نمونه¬ها در دماهای مختلف از ۲۵ تا 175 درجه سانتی¬گراد و زاویه صفر تا ۹۰ درجه بین دو صفحه آنالیزور و قطبشگر ثبت شده است که نشان دهنده خصلت بلور مایعی مواد سنتز شده است. همچنین خواص دو شکستی نمونه با اندازه¬گیری ضرایب شکست عادی و غیرعادی آنها در دماهای مختلف با بکارگیری سیستم کنترل دمایی ساخته شده مورد بررسی قرار داده شده است که قابلیت استفاده از این مواد در صفحات LCD را نشان می¬دهد. در نهایت با استفاده از سیستم اسپکترو-الکتروشیمیایی رفتار لایه تهیه شده از ماده بلور مایع سنتز شده در مقابل عبور نور با طول موج مختلف در محدوده 280 تا 400 نانومتر برحسب پتانسیل مستقیم (DC) اعمال شده در محدوده 0 تا 32 ولت مورد بررسی قرار داده شده است. این بررسی¬ها نشان داده است که مواد سنتزشده دارای پتانسیل آستانه پاسخ از ۵/۲ تا ۵/۳ ولت می¬باشند که مقدار پایینی در بین مواد معرفی شده می¬باشد که قابلیت بکارگیری این مواد را در تهیه صفحات LCD نشان می¬دهد. مجموع نتایج آنالیزهای انجام گرفته نشان می¬دهد که مواد سنتز شده خواص فیزیکو-شیمیایی و الکترو-نوری لازم برای قابلیت استفاده در تهیه صفحات LCD انعطاف پذیر را دارا می¬باشند.

Nowadays, liquid crystal displays (LCDs) have been gained a special place in the light and image industry and have been growing and expanding rapidly. In the meantime, flexible LCDs which have bending and flexibility capabilities like paper or rubber, in recent years, they have received a lot of attention and due to its advantages such as high compability in terms of physical form, easy transportation, and the possibility of their easy use in some applications will be a crucial part of the future technologies. Generally, in LCDs a suitable LC compound is sandwiched between two transparent electrode and two polarizing filters whose axes are usually perpendicular to each other. Liquid crystalline materials as the principal element in LCD technology, do not create light and image by themselves, but create an image by changing the orientation of their molecules in response to the applied electric field and external light source. Thus, the efforts for synthesizing novel liquid crystalline materials with better physico-chemical properties and low driving voltage is one of the up-to-date research areas for improving technology of LCD. In a part of the present research work, with the aim of reducing the threshold voltage and obtaining better electro-optical properties, several novel liquid crystal macromolecules have been designed and synthesized by using low price and environmentally benign precurors. Here, coumarin deriveties which is a natural substance as the base for liquid crystalline material, pentaerythritol as core and two carbon chain spacers with varing lengths (to bond coumaring moieties to core) have been used to synthesize the targeted materials. Furthermor, nanoparticles of one of the synthesized materials was prepared and covered with poly(methylmetacrylate) (PMMA) shell via emlusion polymerization to obtain its core–shell structure. The chemical structure of the materials is confimed by nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR and 13C-NMR), Fourier transform infrared (FT-IR) and mass spectroscopy (MS). The morphology, particle size and size distribution and core-shell structure of the synthesized materials were investigated by field emission-scanning electron microscope (FE-SEM), high resolution-transmission electron microscope (HRTEM) and dynamic light scattering (DLS). The thermal stability of materials were evaluated via thermogravimetric analysis (TGA) and thermal behavior of the materials were investigated by differential scaning calorimetry (DSC) and phase transition temperatures of the samples have been determind. Glass transition temperatures (Tg) of 29 and 49 °C respectively for the materials with longer and shorter spacer lengths, and two Tg values of 47 and 165 °C were etermined for core-shell structure. To correlate between the physicochemical properties and phase transitions of the synthesized materials, the max values for were measured via ultraviolet-visible (UV-Vis) spectra. To investigate the optical properties of the materials at different constant temperatures, a hot-stage system was designed and constructed for controlling of the sample temperature under microscope or refractometer. In addition, materials were coated as a thin layer on the glass substrates covered with a conductive layer of indium-tin-oxide (ITO), and their polarized optical microscope (POM) images at temperatures from 25 to 175 °C and angles of 0 to 90° between the analyzer and polarizer plates, which are indicating the liquid crystal properties of the synthesized materials. Also, by measuring of the ordinary and extraordinary refractive indexes of the samples at different temperatures, the applicability of these materials in LCDs were confirmed. Finally, by using spectro-electrochemical system, the behavior of the thin layer of the materials under the different wavelengths in the range of 280 to 400 nm in response to the applied DC voltages from 0 to 32 V were investigated. The voltage-transmittance curves exhibited a relatively low driving voltage values as 2.5 and 3.5 V compared to the currently existing materials, which is indicating the applicabaility of these materials in LCD systems. As a final conclusion, the results have proved that the synthesized materials have the required physico-chemical and electro-optical properties for application in preparation of the flexible LCDs.

Synthesis of the some of coumarin based liquid crystalline structures and investigation of their uses in flexible LCDs

‏افشان مهر،

‏‏آرزو

تهیه کننده

‏نجّار،

‏ صفری،

‏اسدپور زینالی،

‏‏رضا

‏ابراهیم

کریم

استاد راهنما

استاد مشاور

استاد مشاور

‏ تبریز