МЕЗОГЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ ЭТИ СОЕДИНЕНИЯ, И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕХНИКИ Российский патент 2017 года по МПК C09K19/44 C09K19/12 H01Q21/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к жидкокристаллическим композициям для высокочастотной техники, в особенности, для высокочастотных устройств, в частности, антенн, перестраиваемых фильтров и коммутационных устройств, работающих в микроволновом диапазоне. Работа этих компонентов основана на изменении диэлектрических свойств жидкокристаллической среды под действием приложенного напряжения.

Помимо этого, настоящее изобретение относится к новым мезогенным соединениям, новым жидкокристаллическим композициям и новым высокочастотным устройствам.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Жидкокристаллические материалы уже достаточно долго используются в жидкокристаллических дисплеях для отображения информации.

Жидкокристаллические материалы для высокочастотной техники раскрыты в различных патентных документах, в частности, в US 2014/0021409 A1, DE 10 2004 029 429, US 2013/0292608 A1, US 2012/0182200 A1, US 2012/0205583 A1, US 2012/0292608 A1, US 2012/0273724 A1, US 2013/0221274 A1 и US 2014/0008575 A1.

В этих патентных документах раскрыты различные соединения бис-толана, известные также как трифенилдиацетилены.

Например, US 2012/0182200 A1 раскрывает различные жидкокристаллические соединения бис-толана, которые содержат в качестве заместителя в боковой цепи нефторированную алкильную группу, нефторированную алкокси группу или нефторированную алкенилокси группу и имеют следующую формулу:

Однако эти соединения подвержены серьезному недостатку. А именно, стабильность среды низка, в частности, при облучении УФ и при высокой температуре.

US 2014/0021409 A1 раскрывает различные жидкокристаллические соединения бис-толана, которые содержат в боковой цепи разные типы заместителей и разные полярные группы (CN, NCS, SF5, CF3, OCF3, F, Cl) и описываются следующей формулой:

Однако эти соединения подвержены серьезному недостатку. А именно, стабильность среды низка, в частности, при облучении УФ и при высокой температуре.

Hsu, C.S., Shyu, K.F., Chuang, Y.Y. и Wu (см. S.-T., Liq. Cryst., 27(2), (2000), стр. 283-287) предлагают использовать жидкокристаллические соединения бис-толана, содержащие боковую метильную группу, в жидкокристаллических фазовых решетках с оптическим возбуждением. Однако эти соединения подвержены серьезному недостатку. А именно, стабильность среды низка, в частности, при облучении УФ и при высокой температуре.

Herman, J., Dziaduszek, J., Dabrowski, R., Kedzierski, J., Kowiorski, K., Sai Dasari, V., Dhara, S., Kula, P., Liq. Cryst., 40(09), (2013), стр. 1174-1182, сообщают о новых кватерфенильных и фенилэтинилтолановых жидких кристаллах с алкил-замещенными боковыми цепями и терминальной изотиоцианатной группой, которые предлагается использовать в качестве материалов с высоким коэффициентом двойного лучепреломления в различных приложениях, в частности, в высокочастотных устройствах. Однако эти соединения подвержены серьезным недостаткам. Большинство из них приводит, помимо прочих недостатков, к невыгодно высоким потерям и/или неадекватным фазовым сдвигам или неадекватному качеству материала.

В патенте США №7183447 раскрыты различные мезогенные кватерфенильные соединения с фторированными боковыми цепями. Однако эти соединения подвержены серьезным недостаткам. Большинство из них приводит, помимо прочих недостатков, к невыгодно высоким потерям и/или неадекватным фазовым сдвигам или неадекватному качеству материала.

В патенте США №7211302 раскрыты, помимо прочего, жидкокристаллические среды, которые наряду с полярными терфенильными соединениями также содержат небольшое количество различных мезогенных кватерфенильных соединений со фторированными боковыми цепями, имеющих следующую формулу:

,

с целью улучшения стабильности этих сред, в частности, при облучении УФ. Однако эти соединения подвержены серьезным недостаткам. Большинство из них приводит, помимо прочих недостатков, к невыгодно высоким потерям и/или неадекватным фазовым сдвигам или неадекватному качеству материала.

Однако в последнее время в компонентах для микроволновой техники также предлагается использовать жидкокристаллические среды, такие как, например, в DE 102004029429 A.

Жидкокристаллические среды, которые содержат, например, соединения формулы:

,

предлагается использовать в компонентах, предназначенных для высокочастотной техники (см., например, A.Lapanik, “Single compounds and mixtures for microwave applications. Dielectric, microwave studies on selected systems”, dissertation, Technical University of Darmstadt, 2009, (Д17).

Однако эти композиции подвержены серьезным недостаткам. Большинство из них приводит, помимо прочих недостатков, к невыгодно высоким потерям и/или неадекватным фазовым сдвигам или неадекватному качеству материала. Стабильность среды низка, в частности, при облучении УФ.

Таким образом, имеется необходимость в новых жидкокристаллических средах, обладающих улучшенными свойствами. В частности, необходимо снизить потери в микроволновом и/или миллиметровом волновом диапазоне и улучшить добротность материала.

Таким образом, имеется насущная потребность в жидкокристаллических средах, которые имели бы подходящие свойства для соответствующих практических приложений.

НАСТОЯЩЕЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Было установлено, что существует возможность получения жидкокристаллических сред с достаточно высоким показателем Δε, подходящим диапазоном существования нематической фазы, и Δn, которые не обладают недостатками, присущими прежним материалам, или обладают указанными недостатками в значительно меньшей степени.

Также было установлено что в случае использования отдельных жидкокристаллических сред можно получить компоненты для высокочастотной техники, которые не обладают недостатками, присущими прежним материалам, или обладают указанными недостатками в значительно меньшей степени.

Такая улучшенная жидкокристаллическая среда в соответствии с настоящим изобретением содержит:

по меньшей мере одно соединение формулы I и

по меньшей мере одно соединение формулы II

или

по меньшей мере одно соединение формулы I и

по меньшей мере одно соединение формулы III,

или

по меньшей мере одно соединение формулы II и

по меньшей мере одно соединение формулы III,

или

по меньшей мере одно соединение формулы I и

по меньшей мере одно соединение формулы II и

по меньшей мере одно соединение формулы III,

,

в которой

R¹¹ независимо друг от друга обозначает H, алкил или алкокси, содержащие от 1 до 17 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, или алкенильную группу, алкенокси группу или алкоксиалкильную группу, содержащие от 2 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, предпочтительно алкильную группу или алкенильную группу,

с

независимо друг от друга обозначают

в которой

R²¹ независимо друг от друга обозначает H, алкил или алкокси, содержащие от 1 до 17 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, или алкенильную группу, алкенокси или алкоксиалкильную группу, содержащие от 2 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, предпочтительно алкильную группу или алкенильную группу,

Х²¹ независимо друг от друга обозначает –NCS или -OSO₂CF₃,

с по

независимо друг от друга обозначают

,

в которой

X³¹ независимо друг от друга обозначает –NCS или -OSO₂CF₃,

R³¹ независимо друг от друга обозначает H, алкил или алкокси, содержащие от 1 до 17 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, или алкенильную группу, алкенокси или алкоксиалкильную группу, содержащие от 2 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, предпочтительно алкильную группу или алкенильную группу,

с по

независимо друг от друга обозначают

.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкокристаллическая среда содержит одно или более соединений формулы I и одно или более соединений формулы II.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкокристаллическая среда содержит одно или более соединений формулы I и одно или более соединений формулы III.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкокристаллическая среда содержит одно или более соединений формулы II и одно или более соединений формулы III.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкокристаллическая среда содержит одно или более соединений формулы I, одно или более соединений формулы II и одно или более соединений формулы III.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения общая концентрация соединений формулы I в жидкокристаллической среде составляет в диапазоне от 10% до 60% по массе.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения общая концентрация соединений формулы II в жидкокристаллической среде составляет в диапазоне от 2% до 40% по массе.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения общая концентрация соединений формулы III в жидкокристаллической среде составляет в диапазоне от 1% до 30% по массе.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения жидкокристаллическая среда предпочтительно содержит одно или более соединений формул I, II и/или III с общей концентрацией от 10% до 100% по массе, более предпочтительно от 30% до 95% по массе, еще более предпочтительно от 40% до 90% по массе, а наиболее предпочтительно от 50% до 90% по массе среды в целом.

Жидкокристаллические соединения формул I, II и III по настоящему изобретению позволяют создавать новые жидкокристаллические композиции с высоким коэффициентом оптической анизотропии (Δn), положительной диэлектрической анизотропией (Δε) и широким температурным диапазоном нематической фазы.

Диэлектрическая анизотропия в микроволновом диапазоне определяется следующим образом:

Перестраиваемость (τ) определяется следующим образом:

Добротность материала (η) определяется следующим образом:

, где

максимальные диэлектрические потери составляют:

Добротность материала (η) предпочтительной жидкокристаллической среды составляет 6 или более, предпочтительно 8-20 или более, в частности 25 или более, более конкретно 30, в частности 40 или более.

Жидкокристаллические соединения формул I, II, III по настоящему изобретению позволяют создавать новые жидкокристаллические композиции с высокой добротностью материала (η) благодаря тому, что эти соединения имеют удлиненную жесткую структуру с объемными протяженными полярными группами без образующих мостиковые связи фрагментов.

Таким образом, настоящее изобретение предлагает компонент для высокочастотной техники, который содержит жидкокристаллическую среду по настоящему изобретению. Предпочтительно, компонент по настоящему изобретению является подходящим для работы в микроволновом диапазоне. Компонент по настоящему изобретению предпочтительно представляет собой фазовращатель.

Настоящее изобретение также предлагает микроволновую антенную решетку, содержащую один или более компонентов по настоящему изобретению.

Помимо этого, настоящее изобретение также предлагает способ получения жидкокристаллической среды по настоящему изобретению, в которой одно или более соединений формулы I смешивают с одним или более соединениями, выбранными из соединений формулы II и/или формулы III, и необязательно с одним или более дополнительными соединениями и/или с одной или более добавками.

ПРИМЕРЫ

Приведенные ниже примеры иллюстрируют настоящее изобретение, никоим образом не ограничивая его. Однако, исходя из физических свойств, специалисту в данной области ясно, какие свойства можно получить и в каких пределах их можно модифицировать. В частности, сочетание различных свойств, которое может быть предпочтительно достигнуто, является, таким образом, в достаточной степени определенным для специалиста в данной области.

Более подробно настоящее изобретение описано в примерах 1-19, а данные представлены в таблице 1. Однако эти примеры не ограничивают объем настоящего изобретения. В этих примерах все количественные величины, измеренные в “%”, представляют собой массовые доли рассматриваемого вещества, т.е. отношение массы этого вещества к массе смеси. Концентрация, указанная здесь в “%”, представляет собой отношение массы растворенного вещества или рассматриваемого вещества к 100 г раствора или смеси.

Пример 1. 4-Трифторметилсульфонил-3'-метил-4'-пентил-p-терфенил:

Чередование фаз: 38°C, I; Δn=0,298; Δε=7,6.

Пример 1-1. 6-(4-Метоксифенил)-3-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енон.

Смесь, состоящую из 28,4 г (0,1 моль) гидрохлорида 1-диметиламинопропаноил-4-пентилбензола (соль Манниха получали из соответствующего кетона), 16,4 г (0,1 моль) 4-метоксифенилацетона и 16,8 г (0,3 моль) гидроксида калия в 200 мл диоксана кипятили с обратным холодильником в течение 6 ч при перемешивании. После охлаждения до комнатной температуры осторожно добавляли 500 мл 5%-го раствора серной кислоты, и полученный продукт дважды экстрагировали метиленхлоридом. Органический слой промывали водой, сушили над безводным сульфатом магния и фильтровали через короткую колонку с силикагелем. Осадок, полученный после испарения растворителя, перекристаллизовали из изопропилового спирта. Выход составил 62%.

Пример 1-2. 4-Метокси-3'-метил-4''-пентил-p-терфенил.

Раствор 6-(4-метоксифенил)-3-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енона (11,5 г, 0,033 моль) в 80 мл ТГФ обрабатывали при перемешивании эфирным раствором иодида метилмагния, полученным из 1,6 г (0,066 моль) магния. Реакционную смесь перемешивали в течение трех часов при 35°C и затем выдерживали в течение ночи. После обычной обработки кислотой получали эфирный раствор соответствующего диена. Затем эфир отгоняли и заменяли толуолом. Через диеновый раствор, используя обратный холодильник, пропускали воздух в течение пяти часов для окисления диена до соответствующего ароматического соединения (контроль с помощью газовой хроматографии (ГХ)). После охлаждения до комнатной температуры раствор фильтровали через силикагель, а толуол отгоняли при пониженном давлении. Полученный продукт кристаллизовали из ацетона, выход составил 82%.

Пример 1-3. 4-Гидрокси-3'-метил-4''-пентил-p-терфенил.

1,0 M раствор трибромида бора в метиленхлориде (2,7 мл) медленно при перемешивании добавляли к раствору 9,0 г (0,026 моль) 4-метокси-3'-метил-4''-пентил-p-терфенила в 100 мл сухого метиленхлорида при -25-30°C. Реакционную смесь выдерживали при комнатной температуре в течение ночи, а затем выливали ее в 100 мл 10% хлороводородной кислоты. Органический слой отделяли, промывали водой и сушили над безводным сульфатом магния. После удаления растворителя получали продукт, степень чистоты которого была достаточной для дальнейших преобразований.

Пример 1-4. 4-Трифторметилсульфонил-3'-метил-4'-пентил-p-терфенил.

4-Гидрокси-3'-метил-4''-пентил-p-терфенил (примерно 9,0 г) растворяли в 50 мл сухого пиридина, и при перемешивании при -10°C добавляли трифторметансульфоновый ангидрид (5,0 мл, 0,03 моль). Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре в течение ночи, а затем обрабатывали холодной 10%-ой хлороводородной кислотой для удаления пиридина. Конечный продукт дважды экстрагировали метиленхлоридом. Раствор промывали водой и сушили над безводным сульфатом магния. После удаления растворителя полученный продукт растворяли в смеси гексан-этилацетат (5:1 об.) и очищали на колонке с силикагелем. Конечный продукт кристаллизовали из ацетона. Выход составил 86%.

Пример 2. 4-Изотиоционат-3,3-дифтор-2''-хлор-4'''-пентил-p-кватерфенил:

Чередование фаз: C 742°C, N 256,4°C, I; Δn=0,456; Δε=7,2.

Пример 2-1. 6-(4-Бромфенил)-3-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енон.

Соединение получали согласно процедуре, описанной в примере 1-1, из гидрохлорида 1-диметиламинопропаноил-4-пентилбензола (соль Манниха) и 4-бромфенилацетона. Выход составил 59%; Т.пл. 122-123°C.

Пример 2-2. 4-Бром-3'-хлор-4''-пентил-p-терфенил.

Пентахлорид фосфора (31,3 г, 0,15 моль) медленно при перемешивании прибавляли к раствору 6-(4-бромфенил)-3-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енона (39,7 г, 0,1 моль) в 500 мл толуола. Реакционную смесь кипятили с обратным холодильником в течение 5-6 часов и затем выливали в смесь 5%-го раствора гидроксида натрия со льдом. Органический слой отделяли и промывали водой, разбавляли хлороводородной кислотой и снова водой. Полученный раствор фильтровали через короткую колонку с силикагелем. После удаления растворителя полученный осадок растворяли в гексане и очищали фильтрованием через колонку с силикагелем. После удаления растворителя продукт перекристаллизовали из смеси изопропиловый спирт-гексан. Выход составил 42%; Cr 73 N 81 Iso.

Пример 2-3. 3'-Хлор-4''-пентил-p-терфенил-4-борная кислота.

4-Бром-3'-хлор-4''-пентил-p-терфенил (8,27 г, 0,02 моль) растворяли в 100 мл сухого тетрагидрофурана (ТГФ), и полученный раствор охлаждали до -78°C. При перемешивании добавляли 14 мл 1,5 М н-бутиллития в гексане, и реакционную смесь выдерживали в течение 2 часов при -78°С. Затем при той же температуре добавляли триметилборат (0,2 моль) в 10 мл ТГФ, после чего реакционную смесь перемешивали в течение 3 часов при комнатной температуре. В результате гидролиза 10%-ой хлороводородной кислотой (2 мл) в течение 2 часов получали смесь, из которой полностью отгоняли органический растворитель. После добавления гексана смесь охлаждали в холодильнике, и выпавший осадок отфильтровывали и несколько раз промывали гексаном на фильтре. После высушивания получали конечный продукт, который можно было сразу использовать в реакции кросс-сочетания или преобразовать в более подходящий циклический сложный эфир путем взаимодействия с 1,3-пропандиолом.

Пример 2-4. 4-Изотиоционат-3,3-дифтор-2''-хлор-4'''-пентил-p-кватерфенил.

Смесь, состоящую из 3'-хлор-4''-пентил-p-терфенил-4-борной кислоты (из примера 2-3) (3,78 г, 0,01 моль), 4-иод-2,6-дифторанилина (2,55 г, 0,01 моль), карбоната калия (5,52 г, 0,04 моль), 50 мл ацетона и 20 мл воды кипятили с обратным холодильником при перемешивании в атмосфере аргона, и добавляли 50 мг ацетата палладия. Затем реакционную смесь кипятили с обратным холодильником в течение 2 часов. Тонкослойная хроматография (ТСХ) показала полное исчезновение начального материала. Ацетон отгоняли, и добавляли 59 мл хлороформа. Реакционную смесь подкисляли хлороводородной кислотой до значения рН<7, и при комнатной температуре при перемешивании добавляли 0,01 моль тиофосгена. Полученную смесь перемешивали в течение ночи. После фильтрации органический слой отделяли, промывали водой и сушили над безводным сульфатом магния. Раствор фильтровали через короткую колонку с силикагелем, и растворитель отгоняли. Осадок кристаллизовали из ацетона и сушили на воздухе. Затем полученный материал растворяли в 100 мл горячего гексана и фильтровали через колонку с силикагелем. После удаления растворителя конечный продукт дважды кристаллизовали из ацетона.

Пример 3. 4-Изотиоционат-3,3-дифтор-2''-метил-4'''-пентил-p-кватерфенил:

Чередование фаз: C 82,3°C, N 222,4°C, I; Δn=0,458; Δε=7,3.

Пример 3-1. 6-(4-Бромфенил)-3-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енон.

Соединение получали согласно процедуре, описанной в примере 1-1, из гидрохлорида 1-диметиламинопропаноил-4-пентилбензола (соль Манниха) и 4-бромфенилацетона.

Пример 3-2. 4-Бром-3'-метил-4''-пентил-p-терфенил.

Соединение получали метилированием 6-(4-бромфенил)-3-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енона иодидом метилмагния согласно процедуре, описанной в примере 1-2. Выход составил 67%, Т.пл. 82-83°C.

Пример 3-3. 3'-Метил-4''-пентил-p-терфенил-4-борная кислота.

Соединение было получено из 4-бром-3'-метил-4''-пентил-p-терфенила согласно процедуре, описанной в примере 2-3.

Пример 3-4. 4-Изотиоционат-3,3-дифтор-2''-метил-4'''-пентил-p-кватерфенил.

Соединение было получено реакцией кросс-сочетания между 3'-метил-4''-пентил-p-терфенил-4-борной кислотой и 4-йод-2,6-дифторанилином, с последующей реакцией с тиофосгеном согласно процедуре, описанной в примере 2-4.

Пример 4. 2',3'-Дифтор-3'''-метил-4,4''''-дипентил-p-квинквифенил:

Чередование фаз: C 134,2°C, N 286,4°C, I; Δn=0,443; Δε=-0,8.

Пример 4-1. 3-(4-Бромфенил)-6-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енон.

Соединение получали согласно процедуре, описанной в примере 1-1, из гидрохлорида 1-диметиламинопропаноил-4-бромбензола (соль Манниха получали из 4-бромацетофенона) и 4-пентилфенилацетона. Выход составил 65%, Т.пл. 83-84°C.

Пример 4-2. 4-Бром-2'-метил-4''-пентил-p-терфенил.

Соединение получали метилированием 3-(4-бромфенил)-6-(4-пентилфенил)циклогекс-2-енона йодидом метилмагния согласно процедуре, описанной в примере 1-2. Выход составил 71%.

Пример 4-3. 2'-Метил-4''-пентил-p-терфенил-4-борная кислота.

Указанное соединение было получено из 4-бром-2'-метил-4''-пентил-p-терфенила согласно процедуре, описанной в примере 2-3.

Пример 4-4. 2',3'-Дифтор-3'''-метил-4,4''''-дипентил-p-квинквифенил.

Смесь, состоящую из 2'-метил-4''-пентил-p-терфенил-4-борной кислоты (3,58 г, 0,01 моль), 4-йод-2,3-дифтор-4'-пентилбифенила (его получали реакцией кросс-сочетания между 4-метоксифенилборной кислотой и 1-йод-2,3-дифторбензолом с последующим литированием н-бутиллитием и йодированием йодом) (3,86 г, 0,01 моль), безводного карбоната калия (5,52 г, 0,04 моль), 250 мл ацетона и 20 мл воды, перемешивали в атмосфере аргона в течение 0,5 ч, затем добавляли 0,05 г ацетата палладия, и реакционную смесь перемешивали при кипячении до полного исчезновения исходного материала. Затем реакционную смесь выдерживали в холодильнике в течение ночи и фильтровали. Выпавший осадок экстрагировали несколько раз горячим этилацетатом, и полученный раствор фильтровали через короткую колонку с силикагелем. Растворитель отгоняли при пониженном давлении, и конечный продукт очищали на хроматографической колонке, заполненной силикагелем, при 60°C. В качестве элюента использовали циклогексан. Полученное бесцветное твердое вещество кристаллизовали из смеси ацетон-петролейный эфир. Выход составил 55%.

Пример 5. 2',2'-Дифтор-3'''-метил-4,4''''-дипентил-p-квинквифенил:

Чередование фаз: C 114,2°C, N 277,4°C, I; Δn=0,444; Δε=+0,8.

Соединение получали реакцией кросс-сочетания между 2'-метил-4''-пентил-p-терфенил-4-борной кислотой (из примера 4-3) и 4-йод-3,3-дифтор-4'-пентилбифенилом (он получен реакцией кросс-сочетания между 4-метоксифенилборной кислотой и 1-йод-2,3-дифторбензолом с последующим литированием n-бутиллитием и йодированием йодом) согласно процедуре, описанной в примере 4-4. Выход составил 62%.

Пример 6

Подучали смесь A-1 жидких кристаллов (ЖК) следующего состава на основе хорошо известных соединений:

Температуры фазовых переходов: Cr 12,3°C, N 128,1°C, I.

Пример 7

Получали ЖК смесь B-1 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr -2,3°C, N 98,2°C, I.

Пример 8

Получали ЖК смесь B-2 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +3°C, N 128,6°C, I.

Пример 9

Получали ЖК смесь B-3 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +12,3°C, N 136,4°C, I.

Пример 10

Получали ЖК смесь B-4 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr -5,3°C, N 96,4°C, I.

Пример 11

Получали ЖК смесь B-5 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +5,7°C, N 116,4°C, I.

Пример 12

Получали ЖК смесь B-6 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +7,8°C, N 124,7°C, I.

Пример 13

Получали ЖК смесь B-7 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +7,0°C, N 131,0°C, I.

Пример 14

Получали ЖК смесь B-8 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr 0°C, N 97,0°C, I.

Пример 15

Получали ЖК смесь B-9 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +2,3°C, N 108,0°C, I.

Пример 16

Получали ЖК смесь B-10 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr 0°C, N 112,7°C, I.

Пример 17

Получали ЖК смесь B-11 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +7,6°C, N 122,7°C, I.

Пример 18

Получали ЖК смесь B-12 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +15,5°C, N 148,7°C, I.

Пример 19

Получали ЖК смесь B-13 следующего состава:

Температуры фазовых переходов: Cr +4,3°C, N 121,3°C, I.

Таблица 1
Параметры смесей жидких кристаллов (СЖК) Образец ε_┴ ε_|| Дельта Перестраиваемость tgδ_┴ tgδ_|| A-1 2,54 3,25 0,71 0,22 0,009 0,003 B-1 2,55 3,34 0,79 0,24 0,11 0,001 B-2 2,55 3,37 0,82 0,24 0,011 0,005 B-3 2,51 3,29 0,78 0,24 0,006 0,002 B-4 2,72 3,52 0,80 0,23 0,009 0,004 B-5 2,44 3,24 0,77 0,22 0,010 0,005 B-6 2,51 3,33 0,79 0,23 0,009 0,005 B-7 2,51 3,32 0,78 0,22 0,010 0,006 B-8 2,37 3,49 1,12 0,32 0,006 0,004 B-9 2,395 3,645 1,25 0,34 0,006 0,003 B-10 2,46 3,73 1,27 0,34 0,005 0,002 B-11 2,385 3,545 1,16 0,33 0,003 0,001 B-12 2,4 3,74 1,34 0,36 0,002 0,001 B-13 2,52 3,50 0,98 0,27 0,004 0,001

В отличие от смеси A-1, полученной на основе хорошо известных соединений, смеси B-1-B-13 очень хорошо подходят для применений в микроволновом диапазоне, в частности для фазовращателей.

Мезогенные соединения, особенно меси B-1-B-13 с максимальным диэлектрической анизотропией, очень хорошо подходят для высокочастотных устройств, в которых используется эффект изменения диэлектрической проницаемости.

Можно привести следующие примеры таких устройств: перестраиваемые микрополосковые фазовращатели (в которых изменение диэлектрических параметров подложки изменяет фазу передаваемой волны на конце линии), перестраиваемые антенны (в которых изменение диэлектрических свойств используемого материала изменяет его электрический размер, что может использоваться для изменения направления луча антенны, переключения частот, переключения поляризации), перестраиваемые фазированные антенные решетки (с той же целью, что и для элементов антенны, а также может использоваться точечное изменение диэлектрической проницаемости в случае, когда необходимо сформировать луч), РЧ переключатели и коммутаторы (которые основаны на эффекте сдвига рабочей резонансной частоты, что позволяет направлять сигнал из одного канала устройства в другие).

Все это свидетельствует о том, что ЖК очень хорошо подходят для применения в антеннах и антенных элементах различного назначения.

Изобретение относится к жидкокристаллическим (ЖК) средам для устройств высокочастотной техники, таких как фазовращатели, антенны, перестраиваемые фильтры, коммутационные устройства, например, работающие в микроволновом диапазоне. ЖК среда содержит по меньшей мере одно мезогенное соединение I и II; или содержит по меньшей мере одно мезогенное соединение II и III; или по меньшей мере одно мезогенное соединение I, II и III. Структурные формулы мезогенных соединений I, II, III указаны в формуле и описании. Описываются также способ получения указанной ЖК среды, использование ее в микроволновой антенной решетке и в качестве компонента высокочастотной техники, такого как фазовращатель. Изобретение обеспечивает ЖК среды с высоким коэффициентом оптической анизотропии (Δn), положительной диэлектрической анизотропией (Δε) и широким температурным диапазоном нематических фаз. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 19 пр.

1. Жидкокристаллическая среда, содержащая:

по меньшей мере одно соединение формулы I и

по меньшей мере одно соединение формулы II

или

по меньшей мере одно соединение формулы I и

по меньшей мере одно соединение формулы III,

или

по меньшей мере одно соединение формулы II и

по меньшей мере одно соединение формулы III,

или

по меньшей мере одно соединение формулы I и

по меньшей мере одно соединение формулы II и

по меньшей мере одно соединение формулы III,

в которой

R¹¹ независимо друг от друга обозначает Н, алкильную группу или алкоксильную группу, содержащие от 1 до 17 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, или алкенильную группу, алкенокси или алкоксиалкильную группу, содержащие от 2 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, предпочтительно алкильную группу или алкенильную группу,

с по

независимо друг от друга обозначают

в которой

R²¹ независимо друг от друга обозначает Н, алкильную группу или алкоксильную группу, содержащие от 1 до 17 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, или алкенильную группу, алкенокси или алкоксиалкильную группу, содержащие от 2 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, предпочтительно алкильную группу или алкенильную группу,

X²¹ независимо друг от друга обозначает -NCS или -OSO₂CF₃,

с по

независимо друг от друга обозначают

в которой

X³¹ независимо друг от друга обозначает -NCS или -OSO₂CF₃,

R³¹ независимо друг от друга обозначают Н, алкильную группу или алкоксильную группу, содержащие от 1 до 17 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, или алкенильную группу, алкенокси или алкоксиалкильную группу, содержащие от 2 до 15 атомов углерода, предпочтительно от 3 до 10 атомов углерода, предпочтительно алкильную группу или алкенильную группу,

с по

независимо друг от друга обозначают

.

2. Жидкокристаллическая среда по п. 1, причем упомянутая среда содержит одно или более соединений формулы I.

3. Жидкокристаллическая среда по п. 1, причем упомянутая среда содержит одно или более соединений формулы II.

4. Жидкокристаллическая среда по п. 1, причем упомянутая среда содержит одно или более соединений формулы III.

5. Жидкокристаллическая среда по п. 2, причем общая концентрация соединений формулы I в среде составляет в диапазоне от 10% до 60% по массе.

6. Жидкокристаллическая среда по п. 3, причем общая концентрация соединений формулы II в среде составляет в диапазоне от 2% до 40% по массе.

7. Жидкокристаллическая среда по п. 4, причем общая концентрация соединений формулы III в среде составляет в диапазоне от 1% до 30% по массе.

8. Жидкокристаллическая среда по п. 1, причем общая концентрация соединений формул I, II и/или III в среде составляет в диапазоне от 10% до 100% по массе.

9. Жидкокристаллическая среда по п. 8, причем общая концентрация соединений формул I, II и/или III в среде составляет в диапазоне от 30% до 95% по массе.

10. Компонент для высокочастотной техники, причем упомянутый компонент содержит жидкокристаллическую среду по п. 1.

11. Компонент по п. 10, причем упомянутый компонент характеризуется значением диэлектрической анизотропии в диапазоне 0,78-1,34.

12. Компонент по п. 10, причем упомянутый компонент представляет собой фазовращатель.

13. Микроволновая антенная решетка, которая содержит один или более компонентов по п. 10.

14. Способ получения жидкокристаллической среды по п. 1, в котором одно или более соединений формулы I смешивают с одним или более соединениями, выбранными из соединений формул II и/или III, и необязательно с одним или более соединениями с одним или более бензольными, циклогексановыми или циклогексеновыми кольцами и/или с одной или более добавками.