资源描述：
《高分子液晶的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第4期2001年8月东华大学学报(自然科学版)JOURNALOFDONGHUAUNIVERSITYVol.27,No.4Aug.2001高分子液晶的应用Ξ王锦成 李 光 江建明(东华大学材料科学与工程学院,上海,200051)摘要 简单介绍了高分子液晶的发展历史,对高分子液晶在纤维、塑料、复合材料、分离材料、信息材料及生物材料领域的应用作了较为详细的阐述。关键词:高分子液晶,发展,应用中图法分类号:TQ0501425 液晶就是液态和晶态之间的一种中间态,它既有液体的易流动特性,又具有晶体的某些特征
2、。各向同性的液体是透明的,而液晶却往往是浑浊的,这也是液晶区别于各向同性的液体的一个主要特征。液晶之所以混浊是因为液晶分子取向的涨落而引起的光散射所致,液晶的光散射比各向同性液体要强达100万倍1。高分子液晶是由较小相对分子质量液晶基元键合而成的,这些液晶基元可以是棒状的;也可以是盘状的;或者是更为复杂的二维乃至三维形状;甚至可以两者兼而有之;也可以是双亲分子2。液晶现象首先由F1Reiniter3于1888年提出。O1Lehmann4亦观察到同样现象。此后,很多人对液晶的研究和发展作出了重要贡献。G1Frie
3、dle5确立了液晶的定义及分类,即液晶是集液体和晶体二重性质为一体的物质。O1Wiener6等发展了液晶的双折射理论。E1Bose7提出了液晶的相态理论。V1Grandiean8等研究了液晶分子取向机理及其结构。1956年,Flory将其著名的格子理论用来处理溶致型聚合物体系9,推导出了刚性或半刚性聚合物溶液的液晶相出现的临界浓度;与此同时,Elliott和Ambrose合成的聚谷氨酸甲酯和聚谷氨酸苄酯10经Robinson观察,发现在非质子溶剂中,如二氧六环、二氯甲烷等具有溶致液晶的性质。第一次国际液晶会议于
4、1965年召开。特别是M1Schadt和M1Helfrich11发现了液晶的扭曲电光效应与集成电路相匹配,使液晶的研究得到了极为广泛的应用,为当代新兴的液晶工业体系奠定了基础,同时亦促进了液晶的基础理论研究。随后不久,由美国Dupont公司研究开发成功的液晶高分子纤维Kevler的问世,将高分子液晶的研究推向了高潮12。20世纪90年代以来,液晶现象研究和液晶材料的研制继续向纵深方向发展。例如在我国光学和光电子战略研究报告中,把高清晰度彩色液晶显示器的研究列为重点项目13。而1991年度诺贝尔物理学奖对DeG
5、ennes的液晶理论给予科学领域的最高评价,反映出世界科学界对液晶研究的极大兴趣和热情14。同时,进入90年代以来,侧链型高分子液晶在很多方面都发现了用途,如在光学信息储藏、非线性光学和色谱等方面。最近几年逐渐形成的半柔性链理论可以处理各种半柔性链的液晶高分子,王新久在该理论的发展中作出重要贡献15。总之,液晶科学获得了许多重要的发展,研究领域遍及物理、化学、电子学、生物学各个学科,发展成了液晶化学、分子物理学、生物液晶及液晶分子光谱等重要学科。1 液晶高分子纤维作为纤维材料,要求沿纤维轴方向有尽可能高的抗张强
6、度和模量。理论计算指出,如果组成纤维的聚合物分子具有足够高的相对分子质量并且全部沿着纤维轴向取向,可以获得最大的抗张模量与抗张强度。非液晶高分子纤维中,一般存在晶态非晶态两相结构(如图1所示),其中的结晶结构一般是由分子Ξ收稿日期:200009124期王锦成等:高分子液晶的应用 115链折叠而成的片晶,即使经拉伸也难实现比较完善的轴向取向,纤维中存在较多的结构缺陷和薄弱环节,力学性能较差。而液晶高分子则不同,在适当的条件下,液晶分子有自动沿分子长轴取向的倾向,体系的粘度系数也表现为各向异性,沿分子长轴方向的粘
7、度系数较其他方向小得多,因而很容易在纺丝过程中形成沿纤维轴高度取向的结构(见图1),从而获得优异的力学性能,见表115。芳纶(Kevlar)是最早开发成功并进行工业化生产的液晶高分子纤维,它的高强度、高模量以及优良的耐热性使它在增强材料、防护服装、防燃、高温过滤等方面发挥着重要作用。表1 高分子纤维材料的模量与强度的近似数值纤 维抗张模量/104MPa抗张强度/103MPa线性高分子2030液晶芳纶2962高分芳纶49102子聚芳酯103凝胶纺聚乙烯103尼龙660161涤纶11图1 液晶高分子的伸直链结构与
8、非液晶高分子的片晶结构示意然而,科学的发展是无止境的,在对液晶的理论研究及实践不断进步的基础上,人们更有勇气设计与制造强度和模量更高,甚至接近理论极值的新材料。以PBZ和PBO为代表的具有杰出力学性能和耐热性的芳族杂环高分子的研究和开发成功可以说是科学家挑战自我的胜利,是液晶高分子工程最成功的例子之一。如果说芳纶的发明还有它的偶然性,聚芳族杂环液晶高分子的发明则完全是精心计划和周密分
