《液晶高分子研究》PPT课件

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1、液晶高分子材料一、物质的液晶态与液晶高分子二、液晶高分子的分子设计与合成三、高分子液晶的研究方法四、高分子液晶的应用一、物质的液晶态与液晶高分子物质的存在形式除人们熟悉的液态、晶态、和气态以外，还有等离子态、无定形态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。液晶态是物质的一种存在形态，它具有晶体的光学各向异性性质，又具有液体的流动性质。如果一个物质已部分或全部的丧失了其结构上的平移有序性而仍保留取向有序性，它即处于液晶态。液晶态与晶态的区别在于它部分缺乏或完全没有平移序，而与液态的区别在于它仍然存在一定的取向有序性。对液晶态的了解要追溯到1888年，奥地利植物学家Reinitzer

2、观察到胆甾醇酯具有双熔点现象，而且从升温和降温到这两个熔点之间呈现出不同的光学各向异性。为了解这种现象的相变本质，他把所观察到的现象描述给了德国的物理学家Lehmann，Lehmann肯定了Reinitzer观察到的现象:这种物质到145.5oC变成雾状液体，178.5oC完全透明；降温出现蓝色，然后变浊，继续降温变成紫色，最后变成白色固体；在电场下还观察到类似单轴针状晶体的网状条带织构现象。Lehmann还研究了第一个化学结构已知的“晶体流体(CrystallineFluids)”的行为，提出了向列型结构和位错墙模型，阐述了平行织构、垂直织构、纹影织构的分类。另外，光学显微镜热台和偏光显微

3、镜也是Lehmann发明的，至今人们还采用这些方法研究液晶的性质。正是由于他们真正开始研究液晶，人们才开始对液晶有了基本的了解。因此Reinitzer和Lehmann被称为液晶科学之父。液晶科学之父ReinitzerLehmann根据结构有序性的类型与程度，液晶有：向列型晶相液晶、近晶型晶相液晶、胆甾醇型液晶等。液晶相依其生成条件，可分为：热致液晶相、溶致液晶相以及因其他外场（压力、电场、磁场、光照等）作用而诱发产生的场致液晶相等。向列型晶相液晶:(nematicliquidcrystal）用符号N来表示。在向列型液晶中，液晶分子刚性部分之间相互平行排列，但是其重心排列无序，只保持着一维有序

4、性；液晶分子在沿其长轴方向可以相对运动，而不影响晶相结构。因此在外力作用下可以非常容易沿此方向流动，是三种晶相中流动性最好的一种液晶。向列型液晶结构近晶型晶相液晶（smecticliquidcrystal）通常用符号Ｓ来表示。近晶型液晶在所有液晶中最接近固体结晶结构，并因此而得名。在这类液晶中分子刚性部分互相平行排列，并构成垂直于分子长轴方向的层状结构。在层内分子可以沿着层面相对运动，保持其流动性；这类液晶具有二维有序性。由于层与层之间允许有滑动发生，因此这种液晶在其粘度性质上仍存在着各向异性。近晶型液晶结构胆甾醇型液晶（cholestericliquidcrystal）由于属于这类液晶的

5、物质中，许多是胆甾醇的衍生物，因此胆甾醇型液晶成了这类液晶的总称。构成液晶的分子基本是扁平型的，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成层状结构。在两相邻层之间，由于伸出平面外的光学活性基团的作用，分子的长轴取向依次规则地旋转一定角度，层层旋转，构成一个螺旋面结构；分子的长轴取向在旋转360度以后复原，两个取向度相同的最近层间距离称为胆甾醇型液晶的螺距。胆甾醇型液晶结构高分子量和液晶相序的有机结合使液晶高分子具有一些优异特征：它可以有很高的强度和模量，或很小的热涨系数，或优秀的电光性质等。研究和开发液晶高分子，不仅可提供新的高性能材料并导致技术进步和新技术的发生，而且可以促进分子工程学、合成化学、

6、高分子物理学、高分子加工以及高分子应用技术的发展。此外，由于许多生命现象与物质的液晶态相关，对高分子液晶态的研究也有助于对生命现象的理解并可能导致有重要意义的新医药材料和医疗技术的发现。（一）液晶高分子的基本结构液晶高分子的结构应该能够满足液晶相的取向要求。线形聚乙烯（PE）聚（对苯二甲酰对苯二胺）(PPTA)聚（苯基对苯二甲酸对苯二酯）(PP-PhT)它们都是线形分子，链结构不与液晶相的取向要求矛盾，因此都有生成液晶相的可能性。PE链十分柔顺，在结晶熔融温度以上并不能保持液晶相所要求的取向态构象，因此不能通过加热熔融的途径实现其热致液晶相；同样，他在溶液中不采取取向态构象，也不能通过制成溶

7、液的方法实现其溶致液晶相。但是，在足够高的压力下，PE结晶熔融后可以生成近晶B相。尽管如此，由于不能通过加热熔融或制成溶液的普通途径实现液晶相，PE被认为是非液晶性高分子。PPTA由于其显著的分子链刚性和分子间氢键，结晶十分稳定而不能熔融，因此不能生成热致液晶相。但是，PPTA能够在强极性溶液中溶解并在溶液中保持伸直链的取向态构象，当溶液浓度足够高时便转变为液晶相，因此，PPTA是溶质性液晶高分子。PP-Ph