Ett team av forskare under ledning av biträdande professor Yuki Arakawa, Toyohashi University of Technology, har framgångsrikt flytande kristalliserat π-konjugerade stavliknande molekyler med alkyltiogrupper innehållande svavel, och utvecklade hög dubbelbrytande molekyler som uppvisar nematiska flytande kristaller med hög fluiditet i temperaturområden inklusive rumstemperatur. Denna molekylära design förväntas erbjuda ett nytt flytande kristallmaterial som bidrar till högkvalitativ bildupplösning på LCD-skärmar.

Flytande kristallmaterial med hög dubbelbrytning och dielektricitetskonstant har bidragit till att sänka drivspänningen och förbättra svarshastigheten för skärmar med flytande kristaller (LC). Nyligen, olika tillvägagångssätt har använts för att applicera hög dubbelbrytande LC-material på bredbandscirkulärt polariserade ljusreflekterande filmer för att förbättra ljusstyrkan, eller till kolestriska LC-lasrar för kontinuerlig oscillation.

När det gäller det praktiska, LC-material måste utvecklas genom att antingen bilda LC-faser i rumstemperatur eller fixera orienteringstillståndet för LC. Dock, förbättring av dubbelbrytning och dielektricitetskonstant kräver både en anisotrop molekylstruktur och elektronrikedom, vilket gör en ökning av fasövergångstemperaturen (särskilt smältpunkt) oundviklig på grund av stora intermolekylära krafter. Kortfattat, det är svårt att bilda ett flytande kristallint tillstånd under rumstemperatur.

Biträdande professor Yuki Arakawa och hans team intresserade sig för alkyltiogrupper (SCmH2m+1) som innehåller svavel, en del av varma källor och en av de få överskottsresurser Japan har. Även om alkyltiogrupper har hög polariserbarhet och förväntas vara en effektiv substitutionsgrupp för förbättring av dubbelbrytning, endast ett fåtal framgångsrika fall av stavliknande molekyler med alkyltiogrupper som bildar flytande kristaller har rapporterats på grund av deras svårighet att kristallisera.

Biträdande professor Yuki Arakawa och hans team introducerade väsentligen långa alkylkedjor med fem eller fler kol till en terminal av en difenylacetylenstruktur med alkyltiogrupper för att avslöja att flytande kristallinitet uppvisar under kylningsprocessen. Detta anses bero på det faktum att bland de molekyler som är inriktade antiparallellt, långa alkylgrupper hämmar molekylär kristallin packning och gör det sålunda möjligt för molekylerna att rotera och translatera samtidigt som de behåller sin orientering, vilket så småningom leder till bildandet av en flytande kristallfas. Vidare, laget observerade ett fenomen där smältpunkten minskade på grund av den stora böjningen och låga elektrondonerande egenskaperna hos alkyltiogrupperna, och lyckades utveckla en molekyl som uppvisar flytande kristallinitet i temperaturområden inklusive rumstemperatur. Ändring av kolantal i alkyltiogrupper efter införande av långa alkylkedjor möjliggör bildandet av både en högordnad smektisk fas med en högviskos skiktstruktur och en nematisk (N) fas med låg viskositet, vilket är särskilt viktigt för optiska tillämpningar. Jämförelse med syreanaloger bekräftade signifikant förbättring av optiska egenskaper.

"Det fanns bara ett fåtal rapporter om stavliknande strukturmolekyler med alkyltiogrupper som uppvisar flytande kristallina faser, och inga studier avslöjade egenskaperna hos dessa molekyler, inklusive anledningen till att de inte tenderar att bilda flytande kristallina faser. Vi siktar nu på att utnyttja egenskaperna för varje fas till fullo för att utforska olika optiska och elektroniska fysikaliska egenskaper, inklusive inte bara optiska egenskaper utan även halvledaregenskaper, " säger biträdande professor Arakawa.