Диэлектрические свойства системы: 4-н-пентилоксибензойная кислота–N-(4-н-бутилоксибензилиден)-4’-метиланилин

Цель. Изучить диэлектрические свойства системы: 4-н-пентилоксибензойная кислота–N-(4-н-бутилоксибензилиден)-4’-метиланилин. Выявить влияние добавок N-(4-н-бутил­оксибензилиден)-4’-метиланилина различной концентрации на диэлектрические свойства 4-н-пентилоксибензойной кислоты.

Методы. Свойства системы исследовались методами поляризационной термомикроскопии и диэлькометрии.

Результаты. Установлено, что при температуре перехода высокотемпературной нематической субфазы в низкотемпературную диэлектрическая анизотропия меняет свой знак с положительного на отрицательный. Анизотропия диэлектрической проницаемости N-4-н-бутоксибензилиден-4’-метиланилина имеет положительные значения и увеличивается по мере приближения к фазовому переходу в кристаллическую фазу. В кристаллической структуре 4-н-пентилоксибензойной кислоты присутствуют димеры, образованные двумя независимыми молекулами за счет пары H-связей. В кристаллической структуре N-(4-н-бутоксибензилиден)-4’-метиланилина присутствуют ассоциаты, образованные за счет ориентационных взаимодействий двух независимых молекул. Отмечена близость длин димеров 4-н-пентилоксибензойной кислоты (270 нм) и ассоциатов N-4-н-бутоксибензилиден-4’-метиланилина (250 нм). Учитывая близость длин структурных единиц обоих соединений и знак диэлектрической анизотропии, можно предположить, что ассоциаты N-4-н-бутоксибензилиден-4’-метиланилина встраиваются в надмолекулярную структуру 4-н-пентилоксибензойной кислоты. Удельная электропроводность исследуемых соединений лежит в диапазоне 10−7–10−12 См·см−1. Зависимости анизотропии удельной электропроводности от состава системы для нематической фазы при одинаковой приведенной температуре, полученные на частотах 100 и 1000 Гц, имеют симбатный характер. Однако величины анизотропии удельной электропроводности системы, определенные на частоте 1000 Гц, ниже, чем на частоте 100 Гц. При концентрации N-(4-н-бутоксибензилиден)-4’-метиланилина от 30 до 60 мол. % значения анизотропии удельной электропроводности системы выше, чем для индивидуального компонента.

Выводы. Установлена смена знака анизотропии диэлектрической проницаемости 4-н-пентилоксибензойной кислоты при переходе между нематическими субфазами. Показано, что самое высокое значение анизотропии диэлектрической проницаемости система имеет при эквимолярном соотношении компонентов. Наибольшие значения анизотропии удельной электропроводности наблюдаются при содержании в системе от 30 до 60 мол. % N-(4-н-бутоксибензилиден)-4’-метиланилина. 

1. Paleos C.M., Tsiourvas D. Supramolecular hydrogenbonded liquid crystals. Liquid Crystals. 2001;28(8):1127–1161. https://doi.org/10.1080/02678290110039516

2. Kato T., Uchida J., Ichikawa T., Soberats B. Functional liquid-crystalline polymers and supramolecular liquid crystals. Polym. J. 2018;50(1):149–166. https://doi.org/10.1038/pj.2017.55

3. Therrien B. Thermotropic Liquid-Crystalline Materials Based on Supramolecular Coordination Complexes. Inorganics. 2020;8(1):2. https://doi.org/10.3390/inorganics8010002

4. Syrbu S.A., Fedorov M.S., Giricheva N.I., Novikov V.V., Filippov I.A., Kiselev M.R. Supramolecular complexes based on 4-n-alkoxycinnamic acids and pyridine derivatives: Mesomorphic properties and prospects of applying to tribosystems. J. Mol. Liq. 2020;305:112796. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112796

5. Giricheva N.I., Syrbu S.A., Bubnova K.E., Fedorov M.S., Kiselev M.R., Girichev G.V. H-complexes in the “4-n-alkoxybenzoic acid: 4-pyridyl 4ʼ-n-alkoxybenzoate” system. IR spectroscopy and quantum chemical calculations. J. Mol. Liq. 2019;277:833–842. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.01.029

6. Gray G.W., Harrison K.J., Nash J.A., Constant J., Hulme D.S., Kirton J., Raynes E.P. Stable, Low Melting Nematogens of Positive Dielectric Anisotropy for Display Devices. In: Johnson J.F., Porter R.S. (Eds.). Liquid Crystals and Ordered Fluids. Springer, Boston, MA; 1974. P. 617–643. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-2727-1_55

7. Hird M., Goodby J.W., Toyne K.J. Nematic materials with negative dielectric anisotropy for display applications. Liquid Crystal Materials, Devices, and Flat Panel Displays. 2000;3955:15–23. https://doi.org/10.1117/12.379979

8. Belyaev V.V., Chausov D.N., Kurilov A.D., Rybakov D.O., Solomatin A.S., Murauski A.A., Muravsky A.A., Chigrinov V.G., Fan F. Dielectric properties of liquid crystals for display and sensor applications. J. Soc. Inf. Disp. 2015;23(9):403–409. https://doi.org/10.1002/jsid.352

9. Ishii Y., Uchida T. Wada M. Effects of dielectric anisotropy on DSM-type display devices. IEEE Transactions on Electron Devices. 1978;25(3):323–329. https://doi.org/10.1109/T-ED.1978.19077

10. Verma R., Tripathi A., Dhar R. Enhancement in the thermal stability of themesophases of 4-n-(decyloxy) benzoic acid due to Li ion beam irradiaton. J. Mol. Liq. 2013;177:409–415. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2012.10.034

11. Efremova E.I., Kydryashova Z.A., Nosikova L.A., Kovshik A.P., Dobrun L.A., Melnikov A.B. Phase Diagram and Dielectric Studies in Hydrogen-Bonded Liquid Crystal System. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2016;626(1):12–20. https://doi.org/10.1080/15421406.2015.1106220

12. Patari S., Nath A. Tunable dielectric and conductivity properties of two 4-n alkoxy benzoic acid. OptoElectronics Review. 2018;26(1):35–43. https://doi.org/10.1016/j.opelre.2017.12.002

13. Valiskó M., Liszi J., Szalai I. Relative permittivity of a few H-bonded liquid crystals. J. Mol. Liq. 2004;109(1):39–43. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2003.06.001

14. Missaoui T., Amor I.B., Soltani T., Ouada H.B., Jeanneau E., Chevalier Y. Dielectric and electro-optic properties of cybotactic nematic phase in hydrogen-bonded liquid crystals. J. Mol. Liq. 2020;304:112726. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.112726

15. Prabu N.P.S., Mohan M.L.N.M. Thermal and Dielectric Investigations on Supramolecular Hydrogen Bonded Liquid Crystals. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2012;569(1):72–91. https://doi.org/10.1080/15421406.2012.703035

16. Носикова Л.А., А Кудряшова З., Исхакова Л.Д., Сырбу С.А. Мезоморфные и диэлектрические свойства жидкокристаллической системы п-н-гексилоксибензойная кислота п-н-гептилоксибензойная кислота. Журн. физ. химии. 2008;82(12):2292–2295.

17. Vijayakumar V.N., Madhu Mohan M.L.N. Optical, thermal and dielectric studies in linear hydrogen bonded liquid crystal homologous series. J. Mol. Struct. 2011;1000(1–3):69–76. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2011.05.054

18. Viciosa M.T., Nunes A.M., Fernandes A., Almeida P.L., Godinho M.H., Dionísio M.D. Dielectric studies of the nematic mixture E7 on a hydroxypropylcellulose substrate. Liquid Crystals. 2002;29(3):429–441. https://doi.org/10.1080/02678290110113478

19. Zheng A., Xia X., Gao S., Yang J., Lu H., Deng G., Yin Z. Dielectric properties of two high birefringence liquid crystal mixtures in the Sub-THz band. Liquid Crystals. 2020;47(1):83–88. https://doi.org/10.1080/02678292.2019.1630490

20. Сырбу С.А., Сырбу А.А., Багажков И.В. Мезоморфные и объемные свойства системы п-н-бутилоксибензилиден-пʼ-метиланилин – п-н-пентилоксибензойная кислота. Жидк. крист. и их практич. использ. 2010;3(33):46–56.

21. Demus D., Demus H., Zaschke H. Flussiqe Kristalle in Tabellen. I. Leipzig: VEB, Deut. Verlag; 1974. 356 p.

22. Demus D., Zaschke H. Flussiqe Kristalle in Tabellen. II. Leipzig: VEB, Deut. Verlag; 1984. 468 p. 23. Fonseca J.M.S., Santos Luís M.N.B.F., Monte M.J.S. Thermodynamic Study of 4-n-Alkyloxybenzoic Acids, J. Chem. Eng. Data. 2010;55(6):2238–2245. https://doi.org/10.1021/je900776y

23. Кузьмина Л.Г., Кучерепа Н.С., Пестов С.М., Кочетов А.Н., Рукк Н.С., Сырбу С.А. Молекулярная и кристаллическая структура 4-алкоксибензойных кислот; дизайн мезофазы. Кристаллография. 2009;54(5):908–925.

24. Bryan R.F. 508. An X-ray study of the p-n-alkoxybenzoic acids. Part I. J. Chem. Soc. 1960;(0):2517–2519. https://doi.org/10.1039/JR9600002517

25. Кузьмина Л.Г., Кучерепа Н.С., Родникова М.Н. Рентгеноструктурное исследование N-(алкоксибензилиден)-N-толуидинов C5 H11O–C6 H4 –CH=N–C6 H4 –CH3 и C8 H17O–C6 H4 –CH=N–C6 H4 –CH3 . II. Кристаллография. 2008;53(6):1072–1078.