液晶高分子材料-2009.ppt

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1、液晶高分子Liquidcrystals1前言2液晶的分类3液晶高分子的结构4液晶高分子的特性5液晶高分子的应用6液晶高分子的进展1前言液晶（Liquidcrystals)是兼有液体和晶体两方面性质的奇异的功能材料。液晶的发现很早，可以追溯到1880年，奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）在研究胆甾醇类化合物的植物生理作用中，发现胆甾醇苯甲酸酯有两个熔点：145.5°C和178.5°C。这是一个新的现象，因为晶体应具有单一熔点。莱尼茨尔将自己的发现和样品交给了当时已很著名的德国物理学家莱曼（O.Lehmann）进行研究。莱曼使用偏光显微镜

2、观察胆甾醇苯甲酸酯在145.5~178.5°C范围的光学性质时，发现已熔融的混浊粘稠液体具有双折射现象，这是晶体所固有的特征。于是莱曼定义这种集液体和晶体二重性质为一体的状态为液晶态。这种状态在有生命和无生命的体系中都是存在的，而且液晶材料具有温度效应、电光效应、理化效应、磁效应、超声效应等。从液晶的发现经过来看，这种胆甾醇苯甲酸酯实际上就是一种胆甾相液晶。特征加热熔成各向同性的液体，经冷却又能回到液晶态出现一系列光辉夺目的彩虹色液晶的发现与此彩色现象密切相关在日常生活中，液晶材料正通过各种应用及其优异性能被愈来愈多的人所认识，如彩色液晶显示器、各

3、种传感器等,这些主要是小分子液晶材料。液晶应用的历史却比较短，于1960年左右才开始1956年，Flory将其著名的格子理论用来处理溶致型高分子体系，推导出了刚性或半刚性高分子溶液的液晶相出现的临界浓度。还记得此人吗？1966年，Dupont公司首次使用各向异性的向列态高分子溶液制备出了高强度、高模量的商品纤维——FibreB，使高分子液晶(liquidcrystallinepolymers)研究走出了实验室。该种纤维的化学结构是聚对氨基苯甲酸，它很快又被结构为聚苯二酰对苯二胺的新的产品——Kelvar——所替代。Kevlar纤维的开发，激发了人们

4、进一步研究刚性链高分子液晶的兴趣。2液晶的分类介晶态(mesomorphicstate)近晶态(smecticstate)（层列型）向列态(nematicstate)胆甾型介晶态(cholestericstate)碟状介晶态(discoticstate)。液晶的分类近晶态是一种分层结构，即分子分层排列，而且分子的长轴垂直于层平面。在每一层中，分子并肩排列，造成每一层的厚度接近分子长度。近晶型向列态的典型结构特征是没有分层结构，有序状态完全是由组成分子的长轴选择某一方向为优先方向排列而形成的。当其作为液体流动时，流动方向即是此择优取向的方向。向列型平

5、均方向层列相的一种纹理层列型之锥扇纹理向列相向列相向列相层列相中之TGB结构胆甾型介晶态的结构也具有层状结构，其分子长轴方向是平行于层平面的，而且每一层中只是一维有序，如同向列态结构。胆固醇型胆固醇相之指纹结构向列相薄层:介面力与液晶弹性力竞争之结果胆固醇相液晶悬浮在高分子当中的液晶碟状介晶态直到1977年才被Chandrasekhar等人发现，构成它们的基元多为扁平碟子状。看来，液晶不是全为棒状结构高分子液晶具有以上四种结构形态，其中，以具有向列态或近晶态的高分子较多，也是人们较为感兴趣的高分子液晶。由于液晶相是一种有序结构，所以，凡是可以用于有

6、序结构分析的方法都能用来表征液晶性质。例如，偏光显微镜、X-射线衍射和差热分析等。如何分析呢？3液晶的高分子结构研究表明，能够形成液晶的物质通常在分子结构中具有刚性部分，称为致晶单元。从外形上看，致晶单元通常呈现近似棒状或片状的形态，这样有利于分子的有序堆砌。这是液晶分子在液态下维持某种有序排列所必须的结构因素。在高分子液晶中这些致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。液晶的结构特征高分子液晶是由刚性部分和柔性部分组成。刚性部分通常由两个苯环或脂肪环或芳香杂环通过一个刚性连接单元连接组成。这个刚性连接单元的作用是阻止两个环的旋转。苯环脂肪环芳香杂环亚

7、氨基（－C＝N－）、反式偶氮基（－N＝N－）氧化偶氮（－NO＝N－）酯基（－COO－）反式乙烯基（－C＝C－）致晶单元刚性连接单元在刚性部分的端部还有一个柔软，易弯曲的基团R。常见的R：-R，-CN，-X，-OR液晶分子结构举例：ABB'ZZ'XYCH3ONNOCH3OPAA如:目前，高分子液晶的研究工作仍处于基础研究阶段，着重点仍放在结构与性能的关系上。已获得的结果表明，造成液晶相出现的原因主要是下述两条：(1)分子形状的不对称；(2)分子间作用力的各向异性。通常采用的高分子液晶分类方法有两种。一种从应用的角度考虑，将其分为热致型(thermot

8、ropicmesomophism)溶致型(lyotropicmesomorphism)；另一种是从高分子的分子结构入手，将