液晶材料的合成及其应用.doc

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1、1前言1.1实验目的①了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用②掌握DCC法合成胆固醇丙酸（苯甲酸）酯液晶材料的操作技术1.2液晶概述1.21液晶的发现液晶的发现可以追溯到1888年。据资料记载，液晶是在1888年由奥地利的植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）发现的。他注意到，把胆甾醇苯甲酸酯晶体加热到145.5℃，晶体会熔化成为混浊粘稠的液体，145.5℃就是它的熔点。继续加热，当温度上升至178.5℃时，这混浊的液体会突然变成清亮的液体。开始他以为这是由于所用晶体中含有杂志引起的现象。但是，经过多次的提纯

2、工作，这种现象仍然不变；而且这种过程是可逆的。第二年，德国物理学家莱曼（O·Lehmann）发现，许多有机物都可以出现这种情况。在这种状态下，这些物质的机械性能与各向同性液体相似，但它们的光学特性却与晶体相似，是各向异性的。这就是说，这时的物质具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性。莱曼称之为液晶（Liquidcrystal)。1.22什么是液晶在不同的温度和压强下物体可以处于气相、液相和固相三种不同的状态。其中液体具有流动性。它的物理性质是各向同性的，没有方向上的差别。固体（晶体）则不然，它

3、具有固定的形状。构成固体的分子或原子在固体中具有规则排列的特征，形成所谓晶体点阵。晶体最显著的一个特点就是各向异性。由于晶体点阵的结构在不同的方向并不相同，因此晶体内不同方向上的物理性质也就不同。而液晶，因为它具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性，处于固相和液相之间，所以它是物体的一种不同于以上三种物相的特殊状态。由于液晶相处于固相和液相之间，因此液晶相(mesophase)又称为中介相（介晶相），而液晶也称为中介物(mesogen)。1.23液晶的分类众所周知，物质一般有气态、液态和固态三

4、种聚集状态。其实，还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性，而还保留取向有序性，它即处于液晶态。根据液晶分子在空间排列的有序性不同，液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态四类。根据液晶相形成的条件不同，可分为热致液晶、溶致液晶和场致液晶。此外，还可根据液晶分子的大小来分，分为小分子液晶和高分子液晶。1.24液晶的性质①电光效应动态散射：把某种向列型液晶放在两个特定的电极之间（电极间距离约为10微米），逐渐增加静电压。电压不是

5、很大时（1V左右），液晶对光仅仅进行镜面反射。当电压增大到某一阀值时（5V左右），液晶在光的照射下会出现明暗相间的条纹。电压继续增大，到达另一阀值时，液晶会对光进行漫反射。光轴的转动：分子轴按一定方向取向的向列型液晶和近晶型液晶都具有光学单轴性。在一般情况下光轴与分子轴方向一致。对这种液晶施加电场时，由于介电常数的各向异性，分子轴在最初状态一致会朝向另一方向。②热效应向列型液晶的折射率的各向异性随温度升高而降低。温度的改变能使近晶型液晶的光轴方向发生变化。③其它性质液晶的其它性质还有压电效应、光化学效应、光生伏特

6、效应等等。1.25液晶高聚物的应用①显示和记录材料液晶高分子作为显示和记录材料往往与其分子结构和状态变化联系在一起，如玻璃化转变、分子互变异构、顺反异构、开环闭环反应、二聚或氧化还原反应。利用液晶的相态变化的显示和记录方式称为热感式纪录;利用光化学反应原理实现显示和记录方式称为光感式纪录。液晶高聚物具有较高的玻璃化温度,可使之在室温下保存一定工作条件下纪录的信息,用作高分子液晶显示材料。罗朝晖等合成出一种含胆甾侧基的环状聚硅氧烷高聚物液晶,并用该液晶作为可擦存储器的记录材料,在记录和删除时无需外加电场,只需要一个

7、简单的加热—冷却循环即可实现,记录的信息在玻璃态下可保存6个月不衰退。Ikeda合成出了一种侧链仅含有偶氮液晶基元的均聚物,利用偶氮双键异构引起的相转变实现了光纪录。该聚合物信息储存的光记录方法是通过其液晶态向列相在强偏振激光的照射下,受照射的局部区域吸热升温至液晶相转变温度。同时偶氮基团发生顺反异构化由棒状的反式结构转变为弯曲的顺式结构,从而对周围的液晶相产生扰动,使其由各向异性转变为各向同性。光源移走后受照射区域冷至玻璃化温度以下,所记录的信息就被冻结起来。由于偶氮苯基团具有很好的抗疲劳性,因此可以实现信息的

8、反复重复擦写。②电流变流体电流变流体(Electrorheologicalfluid简称ER流体)通常是由具有较高介电常数的分散颗粒分散于具有较低介电常数的绝缘液体中形成的一类悬浮液。主要特征在于其表观粘度和屈服应力等流变学性质能随外加电场的强度的变化发生快速、可逆的变化。即无外加电场时可以像水那样流动,施加电场后,表观粘度显著增大,甚至变成固体状物质。更为突出的是这种“