Дослідження фізичних, оптоелектронних та ізоляційних властивостей рідкокристалічної молекули PPPCC методом теорії функціонала густини (DFT): теоретичний підхід
Анотація
У цій статті ми досліджували фізичні, електрооптичні та теплові властивості рідкокристалічної молекули PPPCC. Теорія функціоналу густини (DFT) з функціоналом B3LYP та базисним набором 6-31G(d,p) використовується для оптимізації та аналізу рідкокристалічної молекули p-пропоксифеніл транс-4-пентилциклогексанкарбоксилату (PPPCC). Для рідкокристалічної молекули PPPCC обчислюються та аналізуються різні фізичні властивості, такі як енергетичні рівні HOMO-LUMO, електрооптичні властивості та глобальні параметри. Ми повідомили про двопроменезаломлення рідкокристалічного p-пропоксифеніл транс-4-пентилциклогексанкарбоксилату (PPPCC) під впливом зовнішнього електричного поля. УФ-видимий аналіз залишає сильний пік при 252 нм через π-π* переходи. Ширина забороненої зони HOMO-LUMO становила 5,1 еВ. Максимальне розтягнення спостерігалося при 1000 см-1 через розтягнення C-O, спричинене ефіром у рідкокристалі PPPCC. Розтягнення C-C близько 1600 см-1 виявлено завдяки фенільній групі, присутній у PPPCC. Температурно-чутливе значення двопроменезаломлення PPPCC робить його придатним вибором для сучасних застосувань в оптичних технологіях. Показник заломлення залишається незмінним у великих прикладених електричних полях, що робить його придатним вибором для оптоелектронних пристроїв у терагерцовому діапазоні. Завдяки великій ширині забороненої зони ця молекула може бути придатним вибором для ізоляційних застосувань.
Завантаження
Посилання
G.W. Gray, Molecular Structure and the Properties of Liquid Crystals, (Academic Press, New York, London, 1962).
S. Chandrasekhar, Liquid Crystals, 2nd ed., (Cambridge University Press, Cambridge, 1992); W.R. Krigbaum, Y. Chatani, P.G. Barber, “The crystal structure of p-azoxyanisole,” Acta Cryst. B26, 97 (1970). https://doi.org/10.1107/s0567740870002005
A. Shukla, R.P. Tiwari, and P.K. Singh, “DFT-Based Study of Physical, Chemical and Electronic Behavior of Liquid Crystals of Azoxybenzene Group: p-azoxyanisole, p-azoxyphenetole, ethyl-p-azoxybenzoate, ethyl-p-azoxycinnamate and n-octyl-p-azoxycinnamate,” Online Journal of Chemistry, 1(1), 18–28 (2021). https://doi.org/10.31586/ojc.2021.010103
A.V. Zakharov, and L.V. Mirantsev, “Dynamic and dielectric properties of liquid crystals,” Phys. Solid. State. 45, 183–188 (2003). https://doi.org/10.1134/1.1537433/METRICS
M. Govindarajan, M. Karabacak, S. Periandy, and S. Xavier, “Vibrational spectroscopic studies, NLO, HOMO-LUMO and electronic structure calculations of α, α, α trichlorotoluene using HF and DFT,” Spectrochim Acta - Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 94, 53–64 (2012). https://doi.org/10.1016/j.saa.2012.03.074
D. Pegu, J. Deb, C. Van Alsenoy, and U. Sarkar, “Theoretical investigation of electronic, vibrational, and nonlinear optical properties of 4-fluoro-4-hydroxybenzophenone,” Spectrosc. Lett. 50, 232–243 (2017). https://doi.org/10.1080/00387010.2017.1308381
L. Sinha, O. Prasad, V. Narayan, S.R. Shukla, Raman, “FT-IR spectroscopic analysis and first-order hyperpolarisability of 3 benzoyl-5-chlorouracil by first principles,” Mol. Simul. 37, 153–163 (2011). https://doi.org/10.1080/08927022.2010.533273.
I. Haller, “Thermodynamic and static properties of liquid crystals,” Prog. Solid State Chem. 10, 103–118 (1975). https://doi.org/10.1016/0079-6786(75)90008-4
P. Upadhyay, M.K. Rastogi, and D. Kumar, “Polarizability study of nematic liquid crystal 4-cyano-4′-pentylbiphenyl (5CB) and its nitrogen derivatives,” Chem. Phys. 456, 41–46 (2015). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2015.03.011
D. de Sarkar, R. Deb, N. Chakraborty, G. Mohiuddin, R.K. Nath, and V.S.R. Nandiraju, “Cholesterol-based dimeric liquid crystals: Synthesis, mesomorphic behaviour of frustrated phases and DFT study,” Liq. Cryst. 40, 468–481 (2013). https://doi.org/10.1080/02678292.2012.757814
D. Bhattacharjee, T.K. Devi, R. Dabrowski, A. Bhattacharjee, Birefringence, polarizability order parameters and DFT calculations in the nematic phase of two bentcore liquid crystals and their correlation, J Mol Liq 272 (2018) 239–252. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.09.052.
D. Bhattacharjee, T.K. Devi, R. Dabrowski, and A. Bhattacharjee, “Birefringence, polarizability order parameters and DFT calculations in the nematic phase of two bentcore liquid crystals and their correlation,” J. Mol. Liq. 272, 239–252 (2018). https://doi.org/10.1016/J.MOLLIQ.2018.09.052
V.G.K.M. Pisipati, and S.B. Rananavare, “Interdigitated smectic a and b mesophases in higher homologues of the 50.m series,” Liq. Cryst. 13, 757–764 (1993). https://doi.org/10.1080/02678299308027291
M. Govindarajan, S. Periandy, and K. Carthigayen, “FT-IR and FT-Raman spectra, thermo dynamical behavior, HOMO and LUMO, UV, NLO properties, computed frequency estimation analysis and electronic structure calculations on α-bromotoluene,” Spectrochim. Acta - Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 97, 411–422 (2012). https://doi.org/10.1016/j.saa.2012.06.028
D. Bhattacharjee, R. Dabrowski, and A. Bhattacharjee, “Theoretical investigation of nonlinear optical and vibrational properties of two liquid crystalline compounds,” J. Mol. Liq. 255, 80–92 (2018). https://doi.org/10.1016/J.MOLLIQ.2018.01.157
H. Wang, M.Y. Jin, R.C. Jarnagin, T.J. Bunning, W. Adams, B. Cull, Y. Shi, et al., “Thermally stable nonlinear optical activity in a smectic-A liquid crystal,” Nature, 384, 244–247 (1996). https://doi.org/10.1038/384244a0
D. Gupta, and A. Bhattacharjee, “Detailed investigation of N-(4-n-pentyl-oxybenzylidene)- 4′-n-hexylaniline liquid crystal molecule,” J. Mol. Struct. 1196, 66–77 (2019). https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.06.068
E. Apra, E.J. Bylaska, W.A. de Jong, N. Govind, et. al. “NWChem: Past, present, and future”, The Journal of Chemical Physics, 152, 184102 (2020). http://dx.doi.org/10.1063/5.0004997
Y. Kumar, and N. Kumar, “Electro-optical Effect of 4-n-alkyl-sulfanyl-4' isothiocyanate-biphenyl Liquid Crystal Homologous Series Under Terahertz Frequency: A Theoretical Approach,” Makara Journal of Science, 27(4), Article 1, (2023). https://doi.org/10.7454/mss.v27i4.1497
N. Kumar, P. Singh, K.B. Thapa, and D. Kumar, “Molecular spectroscopy and adverse optical properties of N-(p-hexyloxy-benzylidene)–ptoluidine(HBT) liquid crystal molecule studied by DFT methodology, IOPSciNotes, 1, 015202 (2020). https://doi.org/10.1088/2633-1357/ab7f83
T. Orlova, A. Piven, D. Darmoroz, T. Aliev, T.M.T.A. Razik, A. Boitsev, et al., “Machine learning for soft and liquid molecular materials,” Digital Discovery, 2, 298-315 (2023). https://doi.org/10.1039/D2DD00132B
Авторське право (c) 2026 Тікарам, Йогеш Кумар, Наріндер Кумар
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
