向列相液晶因其独特的光学和电学各向异性，广泛应用于光电显示等领域。光通信技术的持续发展，需要液晶材料具有更快的电光响应。通过对6种负性向列相液晶施加垂直于分子平均取向的电场，结合特殊入射方式，系统地研究了电场对液晶取向涨落和单轴序参数的调控。实验结果表明：电光响应的开关时间均小于350ns；液晶的介电各向异性越大，场致双折射率变化越大，其最大值与所施加的电场大小和向列相液晶的介电各向异性均呈线性关系。

温度变化会对液晶材料的电学特性产生影响。为了深入探究低温下液晶材料的电学特性, 首先, 液晶盒厚度和取向层厚度分别由紫外可见分光光度计和表面轮廓仪测量得到; 然后, 利用精密热台以及基于热电制冷工作原理自制的制冷装置控制液晶盒的温度, 使用校准后的精密LCR表分别测得低温和常温下液晶盒电容-电压（C-U）特性曲线, 由液晶盒电容模型得到液晶层C-U特性曲线, 基于该曲线与双盒模型, 得到了温度对4种液晶介电各向异性、弹性常数的影响。实验结果表明: 随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性从10.0增大至21.0, 弹性常数k11从17.0 pN减小至7.0 pN, k33从31.0p N减小至16.0 pN; 负性液晶材料的介电各向异性从-8.5增大至-3.0, k11从21.0 pN减小至11.0 pN, k33从31.0 pN减小至13.0 pN。即随着温度的升高, 正性液晶材料的介电各向异性和弹性常数k11、k33均不断减小; 负性液晶材料的介电各向异性不断增大, k11、k33呈现减小趋势。该结论对探究低温下提升液晶显示性能的方法有着重要意义。

近年来基于液晶材料的微波通信器件研究发展迅速, 液晶材料的介电损耗成为制约微波器件发展的瓶颈, 然而目前对微波用液晶材料性能报道较少。本文以低熔点高双折射侧位含氟苯乙炔类液晶作为研究对象, 将其按一定比例掺杂到母体液晶MA中, 采用矩形谐振腔微扰法测试所选液晶化合物在微波频段(10 ~30 GHz)下的介电性能, 探讨分子结构对微波频段液晶介电性能的影响作用。实验结果表明: 在高频时的液晶介电各向异性与分子极性和双折射率相关, 侧位含氟苯乙炔类和端基异硫氰基苯乙炔类液晶化合物均具有较大的介电各向异性(Δεr > 0.85); 对于具有较高双折射率的对称含氟三苯二炔类和三苯乙炔异硫氰基类液晶化合物表现出较低的介电损耗(tanδεr⊥< 8.0×10-3, 18 GHz), 而异硫氰基的含氟二苯乙炔类和不对称含氟三苯二炔类液晶化合物则表现出较高的介电损耗(tanδεr⊥> 8.0×10-3, 18 GHz)。

含稠杂环液晶是当前液晶分子结构设计与开发的重要方向。本文采用环己基取代的乙炔与邻碘代苯酚衍生物经过钯催化偶联-关环反应合成出新型具有5,6-二氟取代苯并呋喃环结构的液晶化合物，总收率达到54%。采用1HNMR、MS对其结构进行了表征，采用DSC和POM对其热性能进行了测试，发现该化合物熔点为118 ℃，清亮点为 202 ℃，向列相液晶温区84 ℃。物理性能测试表明，该类液晶化合物的双折射率约为0.13，介电各向异性达到12.6，旋转粘度为420 mP·s。与类似的3,4-二氟苯类液晶化合物相比，含5,6-二氟取代苯并呋喃环的液晶分子双折射率增大65%，介电常数值增大97%，清亮点增加63%。5,6-二氟取代苯并呋喃作为一种新的含氟砌块，综合性能表现突出，在液晶显示领域有良好的应用前景。

中心环外侧嘧啶环作为液晶分子的极性介晶基团，能有效增大分子的偶极矩和分子间的作用力，提高分子的介电各向异性，降低液晶的驱动电压，也有利于形成近晶相液晶态。本文试图以嘧啶乙炔为中心结构单元，以异硫氰基为端基，设计合成了嘧啶乙炔类异硫氰基液晶化合物（nBTM-NCS）系列共5个化合物；它们都经过IR、1H-NMR、13C-NMR和MS光谱对其分子结构鉴定，经过差热分析仪 (DSC)和偏光显微镜(POM)对其液晶性能进行检测。实验结果表明，所有化合物的分子结构均正确，具有近晶相态，其熔点较高并呈现奇偶效应；其光学各向异性达到0.45左右，介电常数21~24左右，可作为铁电液晶和聚合物分散液晶材料配方组分。

为了探究液晶材料的介电性能，本文研究了4PPTGS和4PUTGS两种含氟三环NCS类液晶材料的介电各向异性和介电损耗。首先用精密LCR表(Agilent E4980A)测量液晶盒的电容并用双盒模型和液晶盒电容模型得到4PPTGS和4PUTGS两种液晶材料的平行和垂直介电常数，再由电压-电容特性曲线得到它们的阈值电压，并进一步探讨了介电各向异性和阈值电压对温度的依耐性; 然后，在20 Hz~10 kHz范围内研究了外加电压频率对液晶材料介电损耗的影响，两种液晶材料在1 kHz左右都存在介电损耗峰值，为了减小器件的功耗和提升器件的质量，液晶材料应选择在介电损耗小的频率下工作; 最后，通过对平行和垂直排列向列相盒中液晶材料在不同电压下介电损耗的测试与分析，介电损耗的变化是由于在外加电场下液晶分子固有偶极矩的取向极化引起的，介电损耗值的大小与液晶分子的排列状态密切相关。此项研究对提升液晶材料在应用中的介电性能具有一定的指导意义。

液晶材料的介电各向异性通常与频率有关。为进一步研究频率对液晶材料介电常数的影响, 首先, 使用紫外可见分光光度计(METASH UV-9000S)和表面轮廓仪(Contor GK-T)分别测量液晶盒厚度以及聚酰亚胺(PI)取向层厚度, 通过精密热台(LTS 350)控制实验温度20 ℃, 使用精密LCR表(Agilent E4980A)测定4种不同液晶材料在100~2 000 Hz的频率内的平行和垂直排列向列相液晶盒电容; 然后, 利用液晶盒电容模型计算出不同频率下液晶的平行和垂直介电常数, 并绘制频率-介电各向异性曲线; 最后, 分析频率对液晶介各向异性的影响。实验结果表明: 温度一定, 正性液晶的介电各向异性随频率的升高而减小, 然后逐渐趋于平缓, 负性液晶的介电各向异性随频率变化基本保持不变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电特性具有一定的指导意义。

基于向列液晶的微带传输线模型,研究了其模场解和1~100 GHz频段内传输特性,采用有限元法较为精确和全面地分析了各向异性非均匀分布的液晶介质对微带传输线模场解和S参量的影响,并且分析了微带电极上施加偏置电压对该传输线S参数的影响。仿真结果表明: 该微波传输线模型的回波损耗在考虑液晶的介电各向异性非均匀分布时比传统仿真方法所得结果更低,随着偏置电压在一定范围内连续增大其S参数连续变化,同时谐振频率连续移动,并且这种精确的分析方法计算得到的谐振频率点的偏移量相比传统分析方法修正误差2.4 GHz,这为液晶微波可调器件的进一步研究奠定了理论基础。

二氟甲醚桥键类液晶是目前广泛使用的一类液晶化合物，但是其相关相变行为和物理参数很少有系统地报道。本文采用DSC、POM测试，对系列1和2共计7种含环己烷的四环骨架二氟甲醚桥键液晶单体的介晶性进行了研究，并考察了不同单体对混合液晶性能的影响规律，采用加法原理对各系列单体的物理性能参数进行了外推。结果表明，与系列2化合物相比，系列1单体具有更高的清亮点和更宽的向列相温度范围。系列2单体由于氟原子数的增加，介电各向异性值增大。系列1单体可显著改善混合液晶的低温相溶性，有利于拓宽混合液晶的使用温度。

为了满足液晶母体在不同情况下的参数需求，合成了2种新型的含有多氟多氰结构的具有较大负介电各向异性值的未知化合物用于液晶母体的调配。以邻苯二甲腈和邻二氟苯为原料，通过一系列反应合成了2种该类新型液晶单体。通过核磁共振、元素分析等方法确定了分子结构；利用偏光显微镜、示差扫描量热仪和旋转黏度计等测试手段，对其参数进行测定。实验表明，该类多氟多氰类化合物具有较小的光学各向异性值（Δn = 0096~0107）、负值很大的介电各向异性值（Δε= -152~-167）和较大的旋转黏度（γ1= 2348~2486 mPa·s）。该类新型的多氟多氰类化合物可以用于液晶母体的调配并改善其部分性能，且制备方法原料易得，收率较高，易于实现工业化生产。