液晶-高分子复合体系的分子场理论
液晶高分子课件(带目录)
液晶高分子课件1.引言液晶高分子（LiquidCrystalPolymer，简称LCP）是一类具有液晶相态的高分子材料，因其独特的物理和化学性质，在众多领域得到广泛应用。
本文将对液晶高分子的基本概念、性质、制备方法及应用进行详细介绍。
2.液晶高分子的基本概念（1）分子链在液晶相中具有一定的取向有序性；（2）液晶高分子具有各向异性，即在不同方向上具有不同的物理和化学性质；（3）液晶高分子具有热塑性，可通过加热熔融进行加工；（4）液晶高分子具有良好的热稳定性和力学性能。
3.液晶高分子的性质3.1热稳定性3.2力学性能液晶高分子的力学性能优异，具有高强度、高模量等特点。
这主要得益于分子链的取向有序性以及分子链间的紧密排列。
3.3各向异性液晶高分子的各向异性表现为在不同方向上具有不同的物理和化学性质。
这种各向异性使得液晶高分子在特定应用领域具有独特优势。
4.液晶高分子的制备方法4.1溶液聚合溶液聚合是将液晶单体溶解在特定溶剂中，通过引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法操作简便，但需选用适宜的溶剂和引发剂。
4.2悬浮聚合悬浮聚合是将液晶单体分散在非溶剂介质中，通过引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法可实现较高分子量液晶高分子的制备，但聚合过程较复杂。
4.3乳液聚合乳液聚合是将液晶单体分散在水相中，通过乳化剂和引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法适用于制备具有特定形态的液晶高分子。
5.液晶高分子的应用液晶高分子在众多领域具有广泛的应用，主要包括：5.1电子电器液晶高分子具有良好的绝缘性能和热稳定性，适用于制备高性能电子元器件，如电路板、连接器等。
5.2高性能纤维液晶高分子纤维具有高强度、高模量等特点，可应用于航空航天、军工等领域。
5.3生物医学液晶高分子具有良好的生物相容性和降解性能，可用于制备药物载体、生物支架等。
6.结论液晶高分子作为一种具有独特性质的高分子材料，在众多领域具有广泛的应用前景。
液晶高分子ppt课件
结论与展望
03
总结研究成果，指出研究局限性和未来研究方向，展望液晶高
分子领域的发展前景。
05
液晶高分子材料性能及应 用研究
材料性能评价
01
液晶性
液晶高分子具有独特的液晶性，即在一定温度范围内呈现出液晶态。这
种液晶态具有光学各向异性、高粘度、低流动性等特点，使得液晶高分
子在显示、光学、电子等领域具有广泛应用。
光学性质
具有优异的光学性能，如 高透明度、低双折射等。
液晶态特性
取向有序性
液晶分子在某一特定方向排列有序， 形成各向异性。
流动性
连续性与流动性
液晶分子的排列并不像晶体那样完美 ，而是存在一定的缺陷和位错，这些 缺陷和位错使得液晶具有流动性和连 续性。
与晶体不同，液晶具有流动性，其分 子排列不像晶体那样牢固。
01
02
03
主链型液晶高分子
分子主链具有刚性，能形 成液晶态的聚合物。
侧链型液晶高分子
液晶基元作为侧基连接在 柔性主链上，侧基具有足 够大或刚性。
组合型液晶高分子
主链和侧链上同时含有液 晶基元的聚合物。
物理性质
热学性质
具有较宽的液晶相温度范 围，较高的热稳定性和热 氧化稳定性。
力学性质
具有高强度、高模量、低 收缩等优异的力学性能。
电子领域
液晶高分子在电子领域的应用主要包括电子封装材料、电子绝缘材料等。利用液晶高分子 的耐高温、耐化学腐蚀等特性，可以提高电子产品的可靠性和稳定性。
挑战与机遇并存
挑战
液晶高分子的研究和发展面临着一些挑战，如合成难度大、成本高、应用领域受限等。此外，随着科技的不断发 展，新型显示技术不断涌现，对液晶高分子的需求也在不断变化，这对液晶高分子的研究和发展提出了更高的要 求。
液晶高分子复合材料的研发及应用
液晶高分子复合材料的研发及应用液晶高分子材料是一种特殊的复合材料，具有很多独特的特性，因此在逐渐广泛的应用中受到了越来越多的关注。
液晶高分子材料一般采用高分子作为基础材料，添加液晶分子实现液晶化。
本文将从研发和应用两方面来介绍液晶高分子复合材料。
液晶高分子材料的研发液晶高分子材料的研发主要集中在材料的基础性能和制备方法上。
首先是液晶材料的选择，液晶高分子材料通常采用的是具有烷基与亚烷基相连的杂环分子，如苯并噁啉、苯并二氢呋喃等。
这些分子具有较长的分子链，容易形成液晶相，同时具有好的光学性能。
其次是基础高分子的选择，液晶高分子材料的基础高分子选择也很重要。
基础高分子通常采用聚酰亚胺、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酯等。
这些材料的结构较为规整，分子链较长，有利于液晶材料的吸附和形成。
液晶高分子材料的制备方法也很重要。
制备方法直接影响材料的品质和性能。
目前，液晶高分子材料的制备方法主要有自组装法、低分子量非共溶聚合法、手性共聚法等。
其中自组装法是一种较为简单而有效的方法，其利用液晶分子在高分子分子链上的吸附和相互作用，形成有序的排列结构，制备出液晶基高分子。
液晶高分子材料的应用液晶高分子材料具有很多独特的特性，广泛应用于各个领域。
其主要应用包括下面几个方面。
1. 液晶高分子材料在电子技术领域中的应用现在电子技术的快速发展已经对材料的性能提出了更高的要求。
液晶高分子材料具有优良的介电性能、热稳定性、力学性能等多重优点，因此非常适合应用于电子技术领域。
目前，液晶高分子材料主要应用于显示器、平板电视、电子书、电子笔等电子产品中。
2. 液晶高分子材料在光学领域中的应用液晶高分子材料的光学性能也非常优良，有很高的光学透明度和较低的散射率。
因此，在光学领域中也开始广泛应用，如制备激光器材料、光纤材料等。
3. 液晶高分子材料在材料科学领域中的应用最后，液晶高分子材料在材料科学领域中也有着很好的应用前景。
液晶高分子材料具有很好的吸附性和选择性，因此可以用于分离、富集特定的物质，如特定的金属离子等，有非常好的应用前景。
高分子液晶及复合材料新概念
这种分子复合材料的概念已被用以通过加入少量的刚 性分子来显著提高普通柔性的热塑性和热固性聚合物， 甚至橡胶一类弹性体的力学性能。
二、分子复合材料
(一)新概念提出的背景
1979：Husman etal. 美国空军材料研究室首先提出了“分子复
合材料”的构想。 所谓分子复合材料是指将刚性棒状分子分
散到柔性链分子基体中，使它们尽可能达到分 子分散的水平。
提出“分子复合材料”的构想基本基于以下考虑：
1.孤立伸直链分子的强度要比同种聚合体纺制的纤维 强度高一个甚至几个数量级。原因是我们很难制得完 全取向和无疵点的纤维。
I + H2N
+
ClCO
NH2 COCl
N6 PPTA N6
2)无规共聚
O
(N
O
NC
H
H
O
C )x ( N H
O NC H
O PPOT
C )y (x:y=50:50)
[O
O NC H
OH
] C N
[ C OH
Cure
O
O
O NC H
O
] C N
C
n
O
MC制备：
PPOT NMP+ CaCl2 溶解
两相体系中分散相形态是如何形变的? 分散相液滴的形变和破裂是分散相粘度和介质粘
度 比 （ λ ＝ μα/μm ） 及 Weber 准 数 或 表 面 张 力 数 （capillary number）的函数。Weber准数是作用在液 滴上的粘性应力和两相间的界面应力之比，即
液晶高分子聚合物
液晶高分子聚合物（LCP）液晶高分子聚合物(LCP)的概述液晶高分子聚合物时80年代初期发展起来的一种新型高性能工程塑料，英文名为：Liquid Crystal Polyester 简称为LCP。
聚合方法以熔融缩聚为主，全芳香族L CP多辅以固相缩聚以制得高分子量产品。
非全芳香族LCP常采用一步或二步熔融聚合制取产品。
近年连续熔融制取高分子量LCP的技术得到发展。
液晶芳香族聚酯在液晶态下由于其大分子链式取向的，它有异常规整的纤维状结构，性能特殊，制品强度很高，并不亚于金属和陶瓷。
拉伸强度和弯曲模量可超过1 0年来发展起来的各种热塑性工程塑料。
机械性能、尺寸稳定性、光学性能、电性能、耐化学药品性、阻燃性、加工性良好，耐热性良好，热膨胀系数较低。
采用的单体不同，制得的液晶聚酯的性能、加工性和价格也不同。
选择的填料不同、填料添加量的不同也都影响它的性能。
液晶聚合物高分子（LCP）的特性与应用一、特性液晶高分子聚合物树脂一般为米黄色，也有呈白色的不透明的固体粉末。
密度为1.4～1.7g/cm3。
液晶聚合物具有高强度，高模量的力学性能，由于其结构特点而具有增强型，因而不增强的液晶塑料即可达到甚至超过普通工程塑料用百分之几十玻璃纤维增强后的机械强度及其模量的水平；如果用玻璃纤维，碳纤维等增强，更远远超过其他工程塑料。
液晶聚合物还具有优良的热稳定性、耐热性及耐化学药品性，对大多数塑料存在的蠕变缺点，液晶材料可忽略不计，而且耐磨、减磨性均优异。
LCP的耐气候性、耐辐射性良好，具有优异的阻燃性，能熄灭火焰而不再继续进行燃烧。
其燃烧等级达到UL94V-0级水平。
LCP是防火安全性最好的特种塑料之一。
LCP具有优良的电绝缘性能。
其介电强度比一般工程塑料高，耐电弧性良好。
作为电器应用制件，有连续使用温度200～300℃时，其电性能不受影响。
而间断使用温度可达316℃左右。
LCP具有突出的耐腐蚀性能，LCP制品在浓度为90%的酸及浓度为50%的碱存在下不会受到侵蚀，对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水，接触后不会被溶解，也不会引起应力开裂。
第四章液晶高分子详解PPT课件
新型合成技术探讨
活性自由基聚合
01
利用活性自由基控制聚合过程，合成结构规整、分子量分布窄
的液晶高分子。
原子转移自由基聚合
02
通过原子转移反应实现自由基聚合，制备高性能液晶高分子材
料。
可控/活性阴离子聚合
03
利用阴离子聚合反应的可控性，合成具有特定结构和性能的液
晶高分子。
实验室制备实例分享
实例一
通过缩聚反应合成芳香族聚酯液 晶高分子，探讨反应条件对产物
DSC测试结果显示，该液晶高分子的熔 点为220℃，清亮点为280℃，热稳定性 良好。
XRD分析结果表明，该液晶高分子在液 晶态下具有层状结构，分子排列有序度 高。
05
液晶高分子在显示器件中 应用研究
显示器件原理简介
显示器件基本构造
包括背光模块、显示面板、驱动 电路等部分，其中显示面板是实 现图像显示的核心部分。
温度、压力、浓度等外部条件的变 化可以影响液晶高分子的液晶态行 为，如升温可导致液晶态向液态的 转变。
03
液晶高分子合成方法与技 术
传统合成方法回顾
缩聚反应
通过官能团之间的缩合反 应，逐步聚合生成高分子 液晶。
加聚反应
利用烯烃等单体的加成反 应，合成具有液晶性的高 分子链。
开环聚合
环状单体在引发剂作用下 开环并聚合成高分子液晶 。
第四章液晶高分子详解PPT 课件
contents
目录
• 液晶高分子概述 • 液晶高分子结构与性质 • 液晶高分子合成方法与技术 • 液晶高分子表征手段及评价标准 • 液晶高分子在显示器件中应用研究 • 液晶高分子在其他领域拓展应用探讨
01
液晶高分子概述
《高分子液晶》课件
3
形成条件
高分子长链的规整排列和有序堆砌。
高分子液晶的特性
流动性
液晶态的高分子材料具有流动性，可以流动和变形。
光学各向异性
高分子液晶具有光学各向异性，表现为双折射现象。
电学和磁学响应性
部分高分子液晶具有电学和磁学响应性，能够在外加 电场或磁场的作用下改变其性质。
高分子液晶的应用领域
显示技术
利用高分子液晶的电学响应性 和光学各向异性，用于制造平 板显示器、电子书等显示设备
柔性链状高分子液
晶
由柔性链状分子组成，具有较低 的粘度和弹性，主要应用于纤维 、塑料等领域。
侧链型高分子液晶
由侧链含有刚性基团的高分子组 成，具有较好的机械性能和热稳 定性，主要应用于工程材料等领 域。
高分子液晶的结构
层状结构
高分子液晶分子在平面内排列成层状结构，层内分 子相互平行且取向一致，层间分子取向不同。
。
生物医学
高分子液晶材料可应用于药物 载体、组织工程和生物医学成 像等领域。
传感器和驱动器
利用高分子液晶的电学和磁学 响应性，开发传感器和驱动器 等器件。
先进材料
高分子液晶作为新型功能材料 ，在能源、环保等领域具有广
泛的应用前景。
02 高分子液晶的分类与结构
高分子液晶的分类
刚性棒状高分子液
晶
由刚性棒状分子组成，具有较高 的热稳定性，主要应用于光电子 器件等领域。
等，发掘更多潜在应用价值。
电场取向效应
在外加电场的作用下，高分子液晶的 分子能够沿着电场方向取向排列，产 生明显的电场取向效应。
机械性能
韧性
高分子液晶具有较好的韧性，不易脆断。
硬度与耐磨性
2024版《液晶高分子》ppt课件
目录
• 液晶高分子概述 • 液晶高分子结构与性质 • 液晶高分子合成与制备方法 • 液晶高分子表征与测试技术 • 液晶高分子材料应用实例 • 液晶高分子发展趋势与挑战
01
液晶高分子概述
液晶高分子定义与特点
定义
液晶高分子是一类具有液晶性质的 高分子材料，其分子结构介于晶体 和液体之间，表现出独特的物理和 化学性质。
特点
液晶高分子具有高弹性、高韧性、 高强度、高耐热性、高耐化学腐蚀 性以及优异的电学、光学和磁学性 能。
液晶高分子发展历程
早期研究
20世纪60年代，人们开始研究液晶高分子的合成 和性质。
理论发展
70年代，随着液晶理论的不断完善，液晶高分子 的研究逐渐深入。
应用拓展
80年代以来，液晶高分子在显示技术、光电子器 件、生物医学等领域的应用不断拓展。
功能化液晶高分子
研究具有光、电、磁等特殊功能 的液晶高分子材料，拓展其在光 电显示、传感器等领域的应用。
生物相容性液晶高分子
开发具有良好生物相容性和生物 活性的液晶高分子材料，应用于 生物医学领域，如组织工程、药 物载体等。
现有材料性能提升策略
分子结构设计
通过改变液晶高分子的分子结构，如引入刚性基团、增加 分子链长度等，提高其力学性能和热稳定性。
共混改性
将液晶高分子与其他高分子材料进行共混，实现性能互补 和优化，提高综合性能。
纳米复合
利用纳米技术将液晶高分子与无机纳米粒子进行复合，制 备出具有优异性能的纳米复合材料。
面临挑战及解决思路
加工成型困难
液晶高分子通常具有较高的熔点和粘度，加工 成型困难。可通过改进加工工艺、采用高温高 压成型等方法解决。
液晶高分子
液晶高分子间的一种中介态它是介于液体和晶体之，液晶现象是1888年奥地利植物学家F.Reintizer 在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。
研究表明，液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性。
小分子液晶的这种神奇状态引起了人们浓厚兴趣，现已发现多种液晶材料。
这些主要是一些有机材料，形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构，分子的长宽比例大于一，呈棒状构象，同时还具有在液相下维持分子某种排序所必需的凝聚力。
这种凝聚力通常是由结构中的强极性基团，高度可极化基团或氢键提供。
1937年Bawden和Pirie在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。
这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott 与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。
50年代到70年代，美国Du Pont公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就，1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex，1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强.高模量的Kevlar纤维，并付注实用，以后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。
在这一方面Jackson等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。
高分子液晶是介于液体和晶体之间的一种中介态，具有独特的性能。
高分子液晶一般都具有高模量高强度，并且在其相区间温度时的粘度较低，且高度取向，利用这一特性进行纺丝，不仅可以节省能耗而且可以获得高模量高强度的纤维，用于做消防用的耐火防护服或各种规格的高强缆绳；另外，经过改性后的高分子液晶还可用于显示材料或信息记录材料；小分子胆甾型液晶已成功用于测定精密温度和痕量药品的检测，高分子胆甾型液晶材料在这方面的应用也正在开发之中。
第四章液晶高分子详解PPT课件
高分子液晶的合成主要基于小分子液晶的高分子化，即 先合成小分子液晶，或称液晶单体，再通过共聚、均聚 或接枝反应实现小分子液晶的高分子化。
一、溶液型侧链高分子液晶
当溶解在溶液中的液晶分子的浓度达到一定值时，分子在 溶液中能够按一定规律有序排列，呈现部分晶体性质，此 时称这一溶液体系为溶液型液晶。当溶解的是高分子液晶 时称其为溶液型高分子液晶。
聚 合 反 应 C H 2 C H C (H 2 )C 8O O H
.
C HC H 2 ｎ C H 2 C (H 2 )C 7O O H
16
② 接枝共聚
.
17
③ 缩聚反应
.
18
2．溶液型侧链聚合物液晶的晶相结构与性质
溶液型高分子液晶 在溶液中通常可以 形成三种晶相，即 近晶相的层状液晶 (lamellar)、向列型 六角型紧密排列液 晶(hexagonal)和立 方晶相液晶(cubic)。
单体液晶（monomer liquid crystals，MLCs）
.
3
液晶的发现
1888年，奥地利植物学家菲德烈莱尼泽（Friedrich Reinitzer）在加热安息香酸胆固醇脂（cholesteryl benzoate）时发现这种物质在145℃融解，但却呈现混浊 的糊状，而在179℃时突然变为透明液体。由于其特殊的 性质，莱尼泽拜访李曼并深入研究，证实其为一种具结 晶性的液体，两人便命名这种物质为Liquid Crystal，即 液态结晶的意思。莱尼泽和李曼被誉为液晶之父。
(1)聚合物骨架
在侧链液晶中使用的聚合物骨架一般都具有良好的柔 性，起着将小液晶分子连接在一起，并对其运动范围 进行一定限制的作用。
.
24
最常见的作为骨架的聚合物包括：聚丙烯酸类、聚环 氧类和聚硅氧烷等柔性较好的聚合物。柔性好的聚合 物链对液晶相的形成干扰较小，对液晶的形成有利。
液晶高分子复合材料
②热致液晶高分子的微纤增强是一个显微层 次上的增强技术，在加工过程中形成纤维(所 谓原位) 。与宏观纤维相比，它没有纤维与 基体材料间的粘合困难，也不存基质相和增 强剂相在热膨胀系数方面的差异，能充分发 挥增强剂分子的内在优异力学性能 ，高温环 境稳定性和高耐热性等。此外 ，少量的液晶 高分子的加入可以降低共混物的加工粘度， 减少了对设备的磨损，从而提高了制备的经 济性；
最后我们想说：
液晶高分子分子复合材料将液晶高分子 的特性如链刚性，大的长径比，高取向 性 ,优秀的耐热性等和其他复合成分的有 用性质结合起来 ,有利于改善材料的性 能 ,扩大材料的应用领域。另外分子复合 材料在加工性和性能方面也有许多潜在 的优点。相信在不久的将来 ,液晶高分子 分子复合材料将具有更加喜人的发展前 景。
其抗拉强度达700mpa模量达62gpa能耐550高温综合性能超过铝合金而比重仅为铝合金的50由于液晶高分子分子复合材料通常是通过共聚或与极少量的硬段分子共混其加工性能与基体的加工性能相当
XXX XXX 制作小组成员：
XXX
XXX XXX
液晶高分子分子复合材料(Molecular composite)是一种新型的高分子复合材料，其 概念是由日本和美国的科学家差不多同时在20 世纪80 年代初提出来的。它通常是指将纤维 与树脂基体的宏观复合扩展到分子水平的微观 复合，也就是用刚性高分子链或微纤作增强剂， 并以接近分子水平的分散程度分散到柔性高分 子基体中的复合材料。
③由于增强剂的分散程度达到了分子级 别，所以能够充分发挥材料的协同效应。 同时，较少用量的增强剂就可以实现大 量宏观纤维的增强效果。例如 1983 年 道氏公司的黄文芳等人用刚性棒状高分 子聚苯并噻唑增强柔性高分子聚苯并咪 唑，成功地制得了高性能分子复合材料。 其抗拉强度达 700MPa，模量达62GPa， 能耐 550 ℃高温，综合性能超过铝合金， 而比重仅为铝合金的 50 %；
09-液晶高分子
形成溶致性高分子液晶的分子结构 必须符合两个条件：
① 分子应具有足够的刚性 ② 分子必须有相当的溶解性
这两个条件往往是对立的。刚性越好的分 子，溶解性越差。这是溶致性高分子液晶 研究和开发的困难所在。
主要品种：芳香族聚酰胺、聚酰胺酰肼、 聚苯并噻唑、纤维素类等。
（1）芳香族聚酰胺
最早开发成功并付诸于应用 品种较多 最重要的品种：聚对苯酰胺（
PBA属于向列型液晶。用它纺成的纤维称为B纤 维，具有很高的强度，可用作轮胎帘子线等。
聚对苯二甲酰对苯二胺的合成
PPTA是以六甲基磷酰胺（HTP）和N-甲基吡 咯烷酮（NMP）混合液为溶剂，对苯二甲酰氯 和对苯二胺为单体进行低温溶液缩聚而成的。
PPTA具有刚性很强的直链结构，分子 间又有很强的氢健，因此只能溶于浓硫 酸中。用它纺成的纤维称为Kevlar纤维 ，比强度优于玻璃纤维。
Liquid Crystal
加热 冷却
加热 冷却
固体结晶
液晶
液体
1. 发展概况
早在 1850 年 就有人发现液晶。
1877 年德国物理学家 Lehmann 运用偏极化的显 微镜首次观测到液晶化的现象，但对这一现象的成 因并不了解。
此后一直有人从事这方面的研究，到30年代人们对 液晶现象曾进行了广泛地研究，取得许多成果，但 由于当时的生产力水平低，未能得到应用。后来由 于液晶在两次世界大战中帮助不大，发展缓慢。
多数液晶属于热致型液晶
溶致型液晶
加入溶剂，在溶解过程中达到一定浓度时 形成有序排列，产生各向异性特征构成液 晶。由符合要求的化合物和溶剂组成。 两亲性分子与极性溶剂：脂肪酸盐、表面
活性剂及类脂（侧链液晶） 非两亲性刚棒状分子：多肽、核酸、病
液晶态和高分子液晶
SFS
SSI
图 12.15 高有序液晶态 SF 和 SI
向列态 N
近晶A(SA)
近晶C(SC)
近晶B(SB)
近晶F(SF)
近晶I(SI)
结晶B(SCB)
近晶G(SG)
近晶J(SJ)
近晶J和G
结晶K和H
图 12.16 高有序液晶态的 X 射线衍射特征
结晶E(SE)
结晶H(SH)
结晶K(SK)
图 12.17 液晶态有序排列次序分类
P1 极化方向平行的部分通过 产生
(c)
线偏振光 线偏振光遇到下一个与
P3
极化方向平行的偏振片 P2 时能通
图 12.7 光的传播和偏振性质
过 而遇到垂直的偏振片 P3 时 不能通过
两束光线偏振方向分别在 XY 和 YZ 平面 初始相位相同合成 45o 一束线偏振光(图
12.8a) 初始相位相反合成-45o 一束线偏振光(图 12.8b) 初始相位差是其它情况时 合成
C5H11
CN
20Å
5CB C 18o N 36o I
图 12.4 棒状液晶基元
R
R
R R
R R
R=
CnH2n+1 COO CnH2n+1 O
CnH2n+1 O
COO
CnH2n+1
COO
n=3 4 6 8 9
图 12.5 盘状液晶基元
当分子以氢键或其它分子间弱相互作用形成分子以上的聚集体也具有特殊几何形 状 或不同类型的液晶分子组合 也可以形成液晶态
人们认识到液晶可以在显示方面获得应用 世界范围内再次掀起了液晶研究的高潮 化学
家合成出成千上万种新液晶 物理学家研究它们的性质 工程师研究应用技术 液晶显示
液晶高分子分子复合材料的新进展
液晶高分子分子复合材料的新进展马会茹 段华军 唐 红 (武汉理工大学 430070) (北京玻璃钢研究设计院) 摘要: 本文主要阐述了液晶高分子分子复合材料的定义并综述了它的制备方法、特征、影响因素及其发展前景。
关键词: 液晶高分子 分子复合材料 进展1 引 言树脂基复合材料通常是以玻璃纤维、碳纤维等宏观纤维作为增强成分,以热固性或热塑性树脂为基质复合而成的。
其产品的品质等级很多,用途十分广泛,但仍存在一些问题。
例如纤维与基质材料间的粘合力不够理想,以及两者的热涨系数相差较大[1],而这两个问题正是材料破坏的关键,导致其抗冲击性能较低。
此外,特别是在使用玻璃纤维作为增强体的场合,配料的高粘度和高摩擦不仅要求很高的能量消耗,而且很容易造成设备的损坏。
由于传统纤维增强复合材料的这些局限性,人们开始寻求一种新的复合材料体系。
液晶高分子分子复合材料的出现为人们获得具有高模量、高性能、易加工的新型复合材料提供了一条崭新的途径和方法。
2 液晶高分子分子复合材料液晶高分子分子复合材料(M olecular com posite)是一种新型的高分子复合材料,其概念是由日本的T akayanagi[2]和美国的Helminiak[3]等人差不多同时在20世纪80年代初提出来的。
它通常是指将纤维与树脂基体的宏观复合扩展到分子水平的微观复合,也就是用刚性高分子链或微纤作增强剂,并以接近分子水平的分散程度分散到柔性高分子基体中的复合材料。
2.1 液晶高分子分子复合材料的制备(1)共沉淀法此方法是先将棒状聚合物与柔性链聚合物溶解在共同的溶剂中。
在低于液晶形成的临界浓度下沉淀。
在临界浓度以下,溶液为各向同性。
将各向同性溶液挤出到凝固浴中,尽可能避免结晶的生成。
最理想的情况是,混合溶液通过凝固剂排除溶剂之后,棒状分子以分子分散在柔性链分子中。
但实际上,用此法制备的分子复合材料,其棒状分子形成很细的微纤网络,其尺寸约为30nm左右。
功能高分子-液晶材料
液晶高分子的研究及应用前景物质有固、液、气三种相态, 固态又可分为晶态和非晶态。
在外界条件发生变化时, 物质可在三种相态间转换, 即发生相变。
一般情况下,物质发生相变是从一种相态直接转变成另一种相态, 不存在中间过渡阶段。
有些低分子有机化合物熔融或是溶解时，在一定的温度范围内,既具有液体的性质(如流动性、表面张力),又具有晶体的性质(如光学、电学各向异性),即外观呈现液态的流动性, 同时保留着晶态物质的分子有序排列, 在物理性质上呈现出各向异性, 兼有晶体和液体部分性质。
人们称之为液晶相或是介晶相。
将这类具有过渡相态的分子连接成大分子, 或将其连接到聚合物骨架上, 仍保持液晶性质的材料就称为液晶高分子（liquid crystalline polymer,LCP）材料。
液晶高分子材料发展较晚, 但目前已成为液晶中最令人关注的领域, 世界各国都加大投入了围绕研究与开发液晶高分子系列产品。
液晶的发现最早可追溯到1888 年, 奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸酯结晶的实验时发现。
第二年, 德国物理学家莱曼通过偏光显微镜发现这种材料具有双折射现象, 并提出了“液晶”这一学术用语, 现在人们公认这两位科学家是液晶领域的创始人。
1966年,Dupont公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制备出了高强度、高模量的商品纤维——Fibre B,使高分子液晶研究走出了实验室。
20世纪70年代,Dupont公司的Kevlar纤维的问世和商品化开创了高分子液晶的新纪元。
1974年美国Eastman Kodak公司的Mcfar-lane 等人发表经酯交换制成了PETPpp HBA共缩聚树脂,并宣称这是一种热致变的以液晶为主链的高分子(thermotropic liquid crystalline main chain poly-mer, TLCP)。
于是世界上这才出现了第一个LCP。
接着,美国人Economy和前苏联的Plate和Shibaev分别合成了热熔型主链聚酯液晶和侧链型液晶聚合物。
液晶高分子产业发展课件
主要地区液晶高分子产业发展状况
中国在液晶高分子材料领域发展迅速，已成 为全球最大的液晶高分子材料生产国之一。
美国、欧洲等传统液晶高分子材料生产地区 ，由于技术优势和品牌影响力，仍具有较强
竞争力。
液晶高分子产业发展趋势与前景预测
01
液晶高分子材料将向高性能、多功能、绿色环保等方
向发展，具有广阔的应用前景。
液晶高分子溶液的 制备与加工
通过研究液晶高分子的溶解特 性，开发出高效制备液晶高分 子溶液的方法，并探索其在纤 维、薄膜等领域的加工应用。
液晶高分子熔融加 工技术
针对液晶高分子在高温下易分 解的特性，开发出适用于高温 加工的设备和方法，实现液晶 高分子在塑料、纤维等领域的 高效加工。
液晶高分子复合材 料的加工
02
功能性液晶高分子的 合成
随着科技的发展，具有特殊功能如导 电、发光、吸附等功能的液晶高分子 合成取得了突破，为液晶高分子材料 的应用拓展了新的领域。
03
液晶高分子合成反应 的优化
通过改进反应条件、选择更合适的反 应介质和催化剂等手段，液晶高分子 合成的效率和产率得到了显著提高。
液晶高分子加工技术发展
液晶高分子的分子结构通常由刚性棒状分子和柔性链状分子 组成，其中刚性棒状分子提供强度和各向异性，柔性链状分 子则提供柔韧性和流动性。
液晶高分子产业发展历程
液晶高分子最初是在20世纪60年代 被发现的，当时科学家们在研究聚合 物结晶时发现了这种特殊材料。
随着科技的不断发展，液晶高分子在 20世纪80年代得到了广泛应用，如 笔记本电脑、手机、电视等电子产品 中都使用了液晶高分子。
02
随着5G、物联网、人工智能等新兴技术的发展，液
晶高分子材料将迎来新的发展机遇。
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液晶-高分子复合体系的分子场理论
Theory of Molecular Field for Liquid Crystals and
Polymer Composite Systems
理论计算的液晶液滴光学双折射
图案与实验的比较，证明该样品为
典型的双极(bipolar )构型
(a) 实验偏光显微照片;(b)理论
图案
液晶态是既类似液体而具有
流动性，又类似晶体而具有各向异
性的一类复杂的中间态。
它广泛存
在于自然界，尤其是生物界中，并
且是一种重要的显示材料。
近年
来，复旦大学杨玉良教授等制备了
高分子包埋液晶(PDLC)电光显示
材料，某些性能指标已达到国际领
先水平。
在相应的PDLC薄膜中，
刚棒状的小分子液晶以微米级或
亚微米级液滴的形式分散于固态的柔性高分子基质之中，形成了一个液晶 高分子复合体系。
该课题组的成功在很大程度上得益于对其中一些基础理论的研究，尤其是运用了场理论深入研究了液晶-高分子复合体系的相平衡、相界面以及液晶液滴的超分子结果(指向矢构
型)。
分子场理论所预言的四种典型的液晶
液滴指向矢构型
杨玉良教授等在国家自然科学基
金(批准号:28970194)资助下，首先综
合了描述液晶的莱布沃尔-拉谢尔
(Lebwohl-Lasher)模型和描述柔性高
分子的弗洛里-哈金斯
(Flory-Huggins) 理论，并加以发展
而形成了液晶-高分子复合体系的分
子场理论。
这是一种统计热力学理论，它能准确地预言液晶和高分子的相平衡条件、特别是处理液晶-高分子相界面，
为原有理论所不及。
他们指出界面相互作用是液晶液滴各种自组装结构形成的决定性因素之一，并成功地预言了液晶液滴的四种典型的超分子结构。
为了能用光学方法验证理论的正确性，他们还提出了液晶液滴光学双折射图案和小角激光散射图案的理论计算方法，并用于实际体系的研究，获得了令人十分满意的结果。
上述工作已引起了学术界的瞩目。