Doctoral Thesis
Doctor of Philosophy in Physics
Condensed matter, Materials and Components
presented at the Doctoral School of TUIASI
Gheorghe Asachi Technical University of Iași
and
the Doctoral School in Science, Technology and Health (ED585)
Université du Littoral Côte d’Opale
by
Berladean Iulian
to obtain the degree of Doctor from the Université du Littoral Côte d’Opale and Gheorghe Asachi Technical University of Iași
NEW FERROELECTRIC FUNCTIONAL MATERIALS FOR ELECTROCALORIC APPLICATIONS |
Defended on 30 October, 2025, after the reviewers’ opinion, before the examination board:
- C. Catrinescu, Professor, Gheorghe Asachi TUIASI Examiner (Committee president)
- L. DUPONT, Professor, IMT Atlantique Referee
- M. CAZACU, Scientific Researcher I, Petru Poni IMC Referee
- M. MIHAI, Scientific Researcher I , Petru Poni IMC Examiner
- Y. LIN, MCF, University of Strasbourg Examiner
- C. MEYER, MCF HDR, University of Picardie Examiner
- A. DAOUDI, Professor, ULCO Supervisor
- N. HURDUC, Professor, Gheorghe Asachi TUIASI Co -Supervisor
- I. CÂRLESCU, MCF, Gheorghe Asachi TUIASI Co-Monitor
- Y. BOUSSOUALEM, MCF, ULCO Co-Monitor
La soutenance a lieu le 30 Octobre 2025
Résumé
Cette thèse porte sur la conception, la synthèse et la caractérisation de nouveaux cristaux liquides à cœur coudé (CLC) intégrant des unités azobenzène et des substituants fluorés, étudiés pour leurs propriétés mésomorphes, diélectriques, ferroélectriques et électrocaloriques. Les composés synthétisés, validés par RMN, HRMS et UV–visible, présentent des phases smectiques B2 énantiotropes et des structures en V confirmées par modélisation. Ils montrent une photoisomérisation trans–cis rapide et réversible, deux modes diélectriques principaux (Goldstone ~0,5–1 kHz et mode mou ~100–1000 kHz), ainsi qu’une polarisation spontanée élevée (600–900 nC/cm²). Les systèmes racémiques stabilisent des phases antiferroélectriques, tandis que les homochiraux favorisent un ordre polaire renforcé. Les mesures électrocaloriques indirectes révèlent des variations de température modérées mais reproductibles (ΔT max = 0,3 °C), comparables aux composés calamitiques. Ces résultats confirment le potentiel multifonctionnel des CLC fluorés et photoactifs, et soulignent la nécessité d’optimiser leurs transitions de phase et propriétés thermiques pour améliorer l’effet électrocalorique.
Summary
This thesis focuses on the design, synthesis, and characterization of new bent-core liquid crystals (BCLCs) incorporating azobenzene units and fluorinated substituents, investigated for their mesomorphic, dielectric, ferroelectric, and electrocaloric properties. The synthesized compounds, validated by NMR, HRMS, and UV–visible spectroscopy, exhibit enantiotropic smectic B2 phases and V-shaped molecular structures confirmed by modeling. They display fast and reversible trans–cis photoisomerization, two main dielectric relaxation modes (Goldstone ~0.5–1 kHz and soft mode ~100–1000 kHz), as well as high spontaneous polarization (600–900 nC/cm²). Racemic systems stabilize antiferroelectric phases, while homochiral ones favor enhanced polar order. Indirect electrocaloric measurements reveal moderate but reproducible temperature changes (ΔT max = 0.3 °C), comparable to calamitic compounds. These findings confirm the multifunctional potential of fluorinated, photoactive BCLCs and highlight the need to optimize their phase transitions and thermal properties to improve the electrocaloric effect.