第07讲 液晶态与织态结构
高分子的液晶态结构课件
形成条件
需要达到一定的分子量和 溶剂条件，才能使高分子 材料形成液晶态。
分类
根据形成方式和结构特点 ，高分子液晶态可分为多 种类型，如近晶型、向列 型和胆甾型等。
高分子液晶态的分类
近晶型液晶
高分子链在晶格中以平面方式排 列，具有高度的有序性和稳定性
添加剂和填料
在高分子材料中添加特定的添加剂和填料可以促进或抑制液晶态的形成 。这些添加剂和填料可以改变高分子间的相互作用力和排列方式。
03
加工条件
高分子液晶态的形成还受到加工条件的影响。例如，温度、压力、剪切
速率等加工条件可以改变高分子材料的结晶度和液晶态结构。
高分子液晶态形成的研究进展
新材料设计
高分子液晶态的理论研究
总结词
通过理论计算和模拟，深入理解高分子液晶态的形成机制和 结构特性。
详细描述
理论研究者利用计算机模拟和数学模型，对高分子液晶态的 形成机制、相变行为和结构特性进行深入研究。这些理论研 究不仅有助于揭示高分子液晶态的本质，还能为实验研究和 应用提供理指导。
高分子液晶态的应用拓展
有助于推动相关领域的发展。
01
高分子液晶态的结 构
高分子液晶态的微观结构
分子排列
高分子液晶中的分子以一定的方式排列，形成有 序的结构。
分子取向
高分子液晶中的分子具有特定的取向，通常沿着 某个方向排列。
分子间相互作用
高分子液晶中的分子间存在相互作用，这些相互 作用对液晶态的结构和性质产生影响。
高分子液晶态的介晶结构
介晶单元
高分子液晶中的介晶单元是由多个分子组成的，这些分子以特定 的方式排列，形成有序的结构。
《液晶态与织态结构》课件
在制造、建筑等领域，织态结 构的应用可以提高材料的强度
、韧性和耐久性等性能。
04
液晶态与织态结构的相互影响
液晶态对织态结构的影响
液晶态的各向异性
液晶态物质的分子排列具有方向 性，这会对织态结构产生影响， 导致纤维、薄膜等材料的力学、 光学和电学性能发生变化。
液晶态的流动性
液晶态物质的流动性使得其在织 态结构中能够进行分子重排和流 动，从而影响织态结构的稳定性 和形态。
织态结构对液晶态的影响
织态结构的约束作用
织态结构对液晶态物质的分子排列具 有约束作用，限制其自由流动和取向 ，从而影响液晶态的相变和性质。
织态结构的导电性
织态结构中的纤维或薄膜等材料可能 具有导电性，这会影响液晶态的电学 性质，如电场对液晶分子的作用和液 晶的导电行为。
液晶态与织态结构的相互作用机制
织态结构的特点
多组分、多层次、多相态
高度有序性
织态结构由多种组分构成，这些组分在空 间上按照一定的层次排列，形成复杂的相 态结构。
织态结构的空间排列方式具有高度的有序 性，这种有序性可以影响物质的物理、化 学和生物学性质。
时间动态性
形成和演化复杂性
织态结构不是静止不变的，而是随着时间 和环境条件的变化而发生演化。
实验方面也面临诸多挑战， 如如何制备高质量的液晶材 料、如何控制液晶的排列和
取向等。
此外，液晶态与织态结构在实 际应用中还需要解决一些问题 ，如稳定性、可加工性和可重
复性等。
液晶态与织态结构的研究前景
随着科技的不断进步和研究的深入，液晶态与织 态结构的研究将有望取得更多的突破性进展。
未来，研究者将更加关注液晶材料的合成和制备 方法，探索更加高效和环保的制备途径。
高聚物液晶态结构
高聚物液晶态结构
液晶态高聚物的结构特征被广泛研究并引起了重要关注。
液晶是介于液体和固体之间的一种特殊态，高聚物在液晶状态下呈现出特殊的有序结构。
液晶态高聚物通常由聚合物链构成，这些链具有一定的刚性和柔性，使其能够在液晶相之间转换。
其主要的液晶相包括列状液晶相、层状液晶相和体向列状液晶相。
列状液晶相是最常见和最简单的液晶态高聚物结构，其中聚合物链按照特定方向形成有序的柱状结构。
这些柱状结构可以垂直或平行于液晶材料表面。
列状液晶相具有较高的有序性，适用于许多高聚物材料。
层状液晶相是另一种常见的液晶态高聚物结构，其中聚合物链以平行的层状排列。
这种结构由于分子之间的堆积方式不同，使得层状液晶相与列状液晶相有着不同的物理性质。
体向列状液晶相是相对较新的一类液晶态高聚物结构，其特点是聚合物链沿立方体体对角线方向排列，形成了有序的柱状结构。
这种结构具有较高的空间对称性，并且在一些特殊应用中表现出了优异的性能。
总之，液晶态高聚物具有多种有序结构，通过调节聚合物链的刚性和柔性，可以实现液晶相之间的转化。
这些结构对于液晶材料的物理性质和应用具有重要影响，并且在光电子、传感器等领域发展具有广阔前景。
液晶态结构.
感应液晶：外场（力，电，磁，光等）作用下进入液晶 态的物质 ---- PE under high pressure
流致液晶：通过施加流动场而形成液晶态的物质 ---聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼
3. 液晶晶型
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，称为液晶基元。从外形上看，液晶基元通常呈现近似 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。 n 液晶基元包括棒状(条状)、盘状或双亲性分子 n 棒状(或条状) 长径比大于4 n 盘状 轴比小于1/4 n 双亲性分子 有特殊的相互作用力
③ 胆甾性
分子依靠端基的相互作用彼此平行 排列成层状结构，分子的长轴与层 片平面平行，在每个单层内分子排 列与向列型相似，而相邻两层之间 分子的长轴有规则地扭转一定角度。 由于扭转分子层的作用，照射在其 上的光将发生偏振旋转，使得胆甾 型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜色， 并有极高的旋光能力——“显示材 料”。 体系：聚L－谷氨酸型苄酯—间甲 酚溶液。
② 向列型
在向列型液晶中，棒状分子只维持一维 有序。它们互相平行排列，但重心排列 则是无序的。 在外力作用下，棒状分子容易沿流动方 向取向，并可在取向方向互相穿越。因 此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较 小，是三种结构类型的液晶中流动性最 好的一种。 体系：聚对苯甲酰胺—二甲苯甲酰胺 /LiCl溶液
形成液晶 的临界浓度是溶致液晶的一个重要物理量，只在此浓度 以上方可形成液晶，临界浓度也是温度的函数。
2. 液晶的分类
第07讲 液晶态与织态结构
近晶相 (smectic)
近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构 的一类，因此得名。在这类液晶中，棒状 分子互相平行排列成层状结构。分子的长 轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具 有二维有序性。但这些层状结构并不是严 格刚性的，分子可在本层内运动，但不 能来往于各层之间。因此，层状结构之间 可以相互滑移，而垂直于层片方向的流动 却很困难。
依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围形成 的液晶态物质。 如核酸，蛋白质，芳族聚酰胺PBT, PPTA (Kevlar) 和聚芳杂环PBZT, PBO
热致液晶： 依靠温度的变化，在某一温度范围内形成的 液晶态物质。 共聚酯， 聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum
压致液晶：
在某一压力下可出现液晶态，如PE
按液晶核的排列分类
向列相 (nematic)－－ 只有方向序，没有位置序
在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列， 但重心排列则是无序的。在外力作用下，棒状分子容易沿流动方 向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘 度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。
液晶基元包括棒状(条状)、盘状或双亲性分子
棒状(或条状) 盘状 双亲性分子
长径比大于4 轴比小于1/4 有特殊的相互作用力
总的来说，液晶基元须具有以下的结构特征：
（1）具有刚性的分子结构，且长径比远大于1，整个分子呈 棒状的构象，或为盘状，分子轴比小于1/4。
（2）分子间具有强大的分子间力，在液态下仍能维持分子的 某种有序排列。 （3）在刚性结构的两端一般带有一定的柔性部分，以利于液晶流动
表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但 结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维 有序排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质 的过渡状态，这种中间状态称为液晶态。其所 处状态的物质称为液晶。
液 晶 织 构
液晶织构1 液晶织构的产生液晶织构一般指液晶薄膜在光学显微镜特别是正交偏光显微镜下用平行光系统所观察到的图像，包括消光点或其它形式消光结构的存在乃至颜色的差异等等。
一个理想的结构完全均匀的样品，只能给出单一色调而无织构可言，所以织构是液晶体中缺陷集合的产物。
所谓缺陷，可以是物质的，也可以是取向状态方面的。
在液晶中，主要是液晶分子或液晶基元排列中的平移缺陷（位错）和取向状态的局部缺陷（向错）。
在晶体中，如果某处点阵的原子因故失去，或者点阵之间某处多一个原子，那么原子之间的相互作用力将迫使附近的原子调整它们的位置，从而出现与正常点阵有差别的位错缺陷。
对于液晶而言，位错则是分子链的碎片或杂质在液晶分子排列时影响其规整性而产生的。
向错是指由于某种外力的作用使液晶在取向时偏离了正常的方向，于是在此附近的液晶取向将连续地进行一定的调整，表现为排列方向上的不连续变化。
另外还有一种缺陷 — 旋错，它与手性液晶的螺旋对称性有关。
液晶体中的位错、向错和旋错都会产生织构特征。
在样品的实际观察中，样品厚薄的差异，异物的引入，表面的存在以及表面性质的不均匀等等，也可以导致位错和向错，并因此而产生不同的织构。
向列液晶只有取向有序，只能出现向错，液晶中的向错是容易观察的，如向列相液晶可以在偏光显微镜下看到从一个中心点辐射出几条逐渐变宽的黑线（黑刷子），其条数m与该向错的强度S有关，即S = m/4。
这些向错组合在一起称为纹影织构。
在偏光显微镜下观察到的黑刷子上的指向矢必定与正交偏振片的一个偏振方向相同，同步旋转上下两个正交的的偏振片某一角度时，黑刷子会随之而旋转。
转动方向相同者，向错为正，相反者，为负。
所以通过偏光显微镜可以立即确定向错的强度及符号[1-2]。
在液晶态中，向错往往不是孤立存在的，因为每一个孤立存在的向错其弹性畸变能将趋于无穷大，所以任何一个向错都是与其周围其他形式的向错相互作用而存在的。
而且通常是相邻两个核心具有不同符号的同类型向错，即由一个正向错和另一个负向错组成向错对。
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SBS
作业
P329 第二章 4，5，7，10
耳机部件
照相机快组分聚合物，在该体系中
存在两种或两种以上不同的聚合物，不论组 分是否以化学键相连接
聚合物共混物 (blend):
PVC+CPE,
PP+SBS, PP+EPPM etc.
嵌段共聚物 (block copolymer): SBS, SAN 接枝共聚物 (graft copolymer): ABS 互穿网络IPN – Interpenetrating network
C 按分子排列方式
向列相(N相)
1.向列相（Nematic） 分子长轴倾向于指向 矢方向而从优平行排 列，具有很高的流动 性，只具有分子取向 有序性，是有序性最 低的液晶相，是唯一 没有平移有序的液晶， 没有分层结构 。
近晶相（ SA相和SC相)）
2.近晶相（Smectic）除了沿 指向矢方向取向有序外，还 具有沿某一方向的位置平移 有序，形成层状结构，近晶 相的有序性比向列相高。 在近晶SA相中，分子的长轴 方向垂直于液晶层面。 在近晶SC相的层内，分子的 长轴方向与层法线相交一倾 斜角度。
理性质上呈现各向异性，形成一种兼有晶体和液体部分
性质的过渡状态，这种中间状态称为液晶态，处于这种 状态下的物质称为液晶。
液晶形成条件
A. 有刚性结构单元； B. 分子之间有一定的相互作用； C. 分子的长宽比大于1； D. 分子中有一定的柔性结构单元。
(2) 液晶的分类 A 按形成条件
热致型液晶（Thermotropic）：
乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物(EPDM)弹性体/聚丙烯
当分散相尺寸在0.2～0.5mm范围内时，可使PP在-20℃和 -40℃的无缺口抗冲强度分别提高13和17倍 可发生相分离，球状微区的尺寸大致在几个和几十个nm 范围内，称之为微相分离。聚合物中苯乙烯嵌段均匀地分 布于丁二烯嵌段中，起到物理交联点的作用，它是一种优 良的“热塑性弹性体”
升高温度，在某一温度范围内形成液晶 态的物质
溶致型液晶（Iyotropic）：
靠溶剂溶解分散，在一定浓度范围称为液晶态的物质
B 按液晶基元在高分子链中的位置
A. 主链液晶
液晶基元位于主链上
B.侧链液晶
液晶基元位于侧链上
Fig. Structures of liquid crystalline polymers. A. Rigid-rod; B. Main-chain LCPs with flexible spacer; C. Side-group LCPs; D. Mesogen jacketed LCPs; E. Combined main/side-group LCPs; F. Star LCPs; G. LC dendrimer.
高分子合金的相容性
Compatibility and Miscibility DG = DH – TDS 增容作用 相容性的表征
共溶剂法 透明性 分散相形态 (TEM, SEM) 玻璃化温度Tg
高分子合金的形态
高分子合金的结构与性能
尼龙6/聚丙烯
分散相尺寸几个甚至十几个mm
胆甾相(手性向列相)
3.胆甾相的一般含手性分子，手性的存在使邻近分子的排列
发生扭曲，形成尺寸很大的螺旋结构。分子分层排布，指 向矢连续的扭曲。
D 按液晶基元的形态
R X R
筷型（Nematic）
碟型（Discobic） 碗型（bowlic）
液晶高分子：能够形成液晶态的高分子，并不
一定处于液晶态
高分子液晶态：一种聚集态，同时具有液体的
流动性和晶体的有序性
液晶固体：保留了液晶态时的分子堆砌结构的
固体，但并非液晶态。
2.4.4 液晶的应用
液晶原位增强聚合
液晶显示 LCD- Liquid crystal display
液晶纺丝：
在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维
接插件
第2章 聚合物的凝聚态结构
液晶态 (Liquid Crystal) 高分子合金 (Polymer Alloy)
2.4.1 聚合物的液晶态结构
（1） 基本概念
液晶
某些物质的结晶在受热熔融或被溶剂溶解之后，虽 然失去了固态物质的刚性，而获得液态物质的流动性， 却仍然部分保留着晶态物质的分子有序排列，从而在物