高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料
第九章液晶高分子
第九章液晶高分子
第一节概述
一、高分子液晶的进展史
人们早已熟知液晶本身和液晶在电子显示器件方面、非线性光学方面的应用。液晶显示的腕表、计算器、笔记本电脑和高清楚度彩色液晶电视都已做生意品化，液晶的商业用途多大百余种，各类商品多达数千种，它使显示等技术领域发生重大的革命性转变。
液晶的科学史已愈百年，液晶现象是1888年奥地利植物学家Reinitzer在研究胆甾醇苯甲酯时第一观看到的。他发觉，当该化合物被加热时，在145℃和179℃时有两个灵敏的“熔点”。在145℃时，晶体转变成混浊的各向异性的液体，继续加热至179℃时，体系又进一步转变成透明的各向同性的液体，而处于145℃和179℃之间的液体部份保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“动的晶体”或“结晶的液体”。1889年，德国科学家正式将处于这种状态的物质命名为“液晶”。尔后，很多人对液晶的研究和进展作出了重要奉献。Friedle确立了
液晶的概念及分类，即液晶是集液体和晶体二重性质为一体的物质。Wiener等进展了液晶的双折射理论。Bose提出了液晶的相态理论。Grandiean等研究了液晶分子的取向机理及其结构。1908年德国化学家Vorlande:提出了第一个关于液晶化合物的体会法那么：能产生液晶态的化合物，其分子应尽可能成直线状。Vorlander法那么成了那时设计和合成液晶化合物的依据。1923年，Vorlander在其论文中提出了高分子液晶的假想，他以为：只要还能熔化，而又不发生分解，液晶分子不存在长度的限制。假设干年后，直到1937年Brawden和Pirie在研究烟
液晶高分子材料
液晶高分子材料
液晶高分子材料是一种具有特殊结构和性能的材料，它融合了液晶和高分子两种材料的特点，具有优异的光学、电学和力学性能，被广泛应用于液晶显示器、光学器件、电子材料等领域。
首先，液晶高分子材料具有优异的光学性能。由于其分子结构的特殊性，液晶高分子材料能够表现出液晶态和高分子态的双重性质，使其在光学器件中具有重要的应用价值。例如，在液晶显示器中，液晶高分子材料能够通过外加电场调节其分子排列，从而实现液晶分子的定向排列和光学性质的调控，使得显示器能够呈现出丰富的色彩和清晰的图像。
其次，液晶高分子材料还具有优异的电学性能。由于其分子结构的特殊性，液晶高分子材料在外加电场作用下能够发生液晶相变，从而实现电光调制和电场调控等功能。这使得液晶高分子材料在电子材料领域具有广泛的应用前景，例如在智能光电器件、电光调制器件和光电器件等方面都有着重要的应用价值。
此外，液晶高分子材料还具有优异的力学性能。由于其分子结构的特殊性，液晶高分子材料在外力作用下能够发生形变和结构调控，使其在材料加工和力学性能方面具有独特的优势。例如在材料加工领域，液晶高分子材料能够通过外力调控其分子排列和结构，从而实现材料的定向排列和力学性能的调控，使得材料具有更好的加工性能和应用性能。
总的来说，液晶高分子材料具有优异的光学、电学和力学性能，具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展和进步，相信液晶高分子材料将在液晶显示器、光学器件、电子材料等领域发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料
高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料一．概述
进入近代社会特别是进入二十一世纪，人类对材料的需求越来越迫切，对材料的性能和经济性的要求也越来越高，在这样的背景下，液晶高分子材料显然具有巨大优势。可液晶高分子材料又是一类什么材料呢？
首先来介绍一下液晶：液晶是某些小分子有机化合物或某些高分子在熔融态或在液体状态下, 形成的有序流体, 既具有晶体的各向异性, 又具有液体的流动性, 是一种过渡状态, 这种中间态称为液晶态,又称为物质的第四态或介晶态。处于这种状态下的物质称为液晶。而液晶高分子是由液晶单元和柔性间隔以化学键结合而成。由于它们兼具液晶的取向有序性和位置有序性及高分子的长键分子特性等优异功能，使得它们成为全世界的学术研究机构与大公司实验室都极为关注的材料。而在自然界也存在天然液晶高分子材料，如纤维素衍生物、多肽及蛋白质、DNA和RNA等，与它们对应的则为合成液晶高分子。根据液晶形成的条件，可以将液晶高分子分为溶致液晶高分子和热致液晶高分子。它们分别在一定浓度的溶液中或在一定温度范围内表现出液晶性，这种溶致性或热致性决定了在制备液晶高分子材料时采用的工艺技术。
二．液晶高分子材料的性能
液晶高分子含有棒状等具有一定长径比的液晶单元，因此其分子键都为刚性或半刚性。这种刚性或半刚性的分子键易于形成空间位置
上排布的有序性和在液晶态加工过程中分子键能高度取向，因此液晶高分子材料具有一系列优异的性能。液晶高分子的熔体具有高流动性、低成型收缩率、低热膨胀系数与高的尺寸稳定性、高强度与高模量、耐高温等力学性能，并有优异的电绝缘性能、耐化学腐蚀性、耐老化性、阻燃性等一系列优异的综合性能。作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景，使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。
第9章 高分子液晶材料
分子结构 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。
研究发现，处于145℃和179℃之间的液体部分 保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“流 动的晶体”、“结晶的液体”。1889年，德国科学 家将处于这种状态的物质命名为“液晶”（liquid crystals，LC）。研究表明，液晶是介于晶态和液 态之间的一种热力学稳定的相态，它既具有晶态的 各向异性，又具有液态的流动性。
胆甾型
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”
高分子液晶与小分子液晶相比特殊性
①热稳定性大幅度提高； 热稳定性大幅度提高； ① ②热致性高分子液晶有较大的相区间温度； 热致性高分子液晶有较大的相区间温度； ② ③粘度大，流动行为与一般溶液显著不同。 粘度大，流动行为与一般溶液显著不同。 ③ 从结构上分析，除了致晶单元、取代基、末端基的 从结构上分析，除了致晶单元、取代基、末端基的 影响外，高分子链的性质、连接基团的性质均对高分 影响外，高分子链的性质、连接基团的性质均对高分 子液晶的相行为产生影响。 子液晶的相行为产生影响。
液晶高分子材料的现状及研究进展
液晶高分子材料的现状及研究进展
液晶高分子材料是一种具有高度有序排列结构的材料，具有优异的光
电特性和可调节的物理性质。随着科技的发展，液晶高分子材料在显示技术、光电器件、生物传感器等领域得到了广泛的应用。本文将介绍液晶高
分子材料的现状和研究进展。
液晶高分子材料是一类由有机高分子构成的液晶材料。液晶材料的特
点在于其分子在不同的外界条件下可以形成有序排列的液晶相，包括向列相、列相、螺旋列相等。这种有序结构赋予了液晶材料独特的光学和电学
性质，使其在光电显示、光电器件和电子器件中有着重要的应用。
在光电显示技术中，液晶高分子材料广泛应用于平面显示器、液晶电
视和手机屏幕。目前，常用的液晶高分子材料主要有主链型和侧链型液晶
高分子。主链型液晶高分子是指液晶基团直接连接在高分子主链上的材料，具有较高的机械强度和热稳定性，适用于制备高分辨率的显示器。侧链型
液晶高分子是指液晶基团连接在高分子侧链上的材料，具有较好的液晶性
能和可调节性质，适用于灵活显示器和可弯曲显示器。
近年来，液晶高分子材料的研究重点主要集中在以下几个方面：
首先，研究人员致力于开发新型的主链型液晶高分子材料。新型的主
链型液晶高分子材料具有更高的性能和更好的耐候性，能够满足高清晰度
和高亮度显示的要求。例如，成功合成了一种高折射率的主链型液晶高分
子材料，可用于制备高折射率的透明膜材料，提高显示器的亮度和对比度。
其次，研究人员还致力于改善液晶高分子材料的电光特性。电光特性
是指液晶高分子材料在外加电场作用下的响应能力，包括响应速度、对比
度和视角依赖性等。为了提高这些性能，研究人员进行了大量的工作，如
液晶高分子材料
液晶高分子材料
：现代人的生活处处都有液晶。液晶高丹子是一类较新的高分子材料，具有许多独特的优良性能。液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和
规液态之间的一种中间相态，又称介晶相(meso phase)，是一种取向有序流
体，
既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。
1888年奥地利植物学家F Reinitzer 在研究胆甾醇苯甲酸酯在145．6?熔化
时，先变成小透明的浑浊液体，继续加热至178. 5C变为清亮的各向同性液体在
I45 ．5? 至l78 ．5? 之问胆甾醇苯甲酸酯呈现了一种新的物质形态，即液晶。
液晶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
构中的强极性基团，高度可极化基团或氢键提供。
在小分子液晶研究的基础上科学家不难联想到大分子液晶，1937 年Bawder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第一次合成了液晶高分子，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duporrt 公司投入大量人力才力进行液晶高分子发面的研究，取得r 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
液晶高分子材料
液晶高分子材料
：现代人的生活处处都有液晶。液晶高丹子是一类较新的高分子材料，具有许多独特的优良性能。液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无
规液态之间的一种中间相态，又称介晶相(mesophase)，是一种取向有序流体，
既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。
1888年奥地利植物学家F Reinitzer在研究胆甾醇苯甲酸酯在145．6?熔化时，先变成小透明的浑浊液体，继续加热至178．5C变为清亮的各向同性液体在I45．5? 至l78．5? 之问胆甾醇苯甲酸酯呈现了一种新的物质形态，即液晶。
液晶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。
在小分子液晶研究的基础上科学家不难联想到大分子液晶，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第一次合成了液晶高分子，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到7O年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行液晶高分子发面的研究，取得r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，
液晶高分子及其应用
液晶高分子及其应用
1、液晶高分子的概述
液晶高分子(Liquid Crystal Polymer,简称LCP)是一类具有液晶特性和高分子特性的聚合物材料，它既有液晶的灵活性和可调性，也具有橡塑、纤维材料等优质的机械特性。LCP的结构通常属于共轭(conjugated)类型，这种结构使它成为一种特殊的性质高分子材料，具有独特的抗热和抗化学力，以及优良的耐磨性，并且机械性能稳定。
2、液晶高分子的结构特点
液晶高分子的特点在于具有特殊的立体双环结构，其结构有长链烃聚类、短烷链烃聚类、三角形聚类，以及四环类似结构分子等，而且具有优越的可成膜性能，具有耐腐蚀耐热、抗拉伸性等特点。液晶高分子具有高熔点、熔化时间短、能够用热机模压加工、易接着其它材料，能够变形容易使其成为一种极具广泛应用价值的材料。
3、液晶高分子的应用
液晶高分子因其具有优异的机械强度和耐热性、耐化学腐蚀性等特点，而成为电子化学器件的主要原材料之一，常用于制作电路板、高电压电缆、接近传感器等电子领域中的精密元件。此外，液晶高分子还广泛应用于汽车工业、航空航天工业、滚动轴承行业等领域，可用于制造汽车发动机和变速箱部件、飞机和火箭结构件、滚动轴承箱体等。
4、结语
液晶高分子的发展改变了电子行业的面貌，它的出现为民用电子产品和航空航天产品的应用带来多项新的突破，为电子行业的发展注入更多的创新性原材料，增强了电子产品的结构强度和性能。
功能高分子材料课件第五章液晶
22
第五章 高分子液晶材料
Dhd型液晶
分子的刚性部分在柱内的排列是有序的。 分子在层平面内柱与柱之间呈正交型排列。 所形成的柱结构与层平面倾斜成一定角度 柱状结构如果仅构成一维有序排列, 形成向列型液晶
盘状 液晶 结构
Dho型液晶 Drd型液晶 Dt 型液晶
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第五章 高分子液晶材料
1.2 高分子液晶及其分类
向列型
19
第五章 高分子液晶材料
（3）胆甾型液晶(Cholesteric liquid crystals，Ch)
胆甾型：分子是长而扁平的。它们依靠 端基的作用，平行排列成层状结构，长 轴与层片平面平行。 层内分子排列与向列型类似，棒状 分子分层平行排列，在每个单层内分子 排列与向列型相似，相邻两层中分子长 轴依次有规则地扭转一定角度，分子长 轴在旋转3600后复原。
1.1.2 分类
依靠温度的变化，在某一温度范围形成的 液晶态物质,清亮点, Tcl 依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围形 成的液晶态物质
热致性液晶 形成条件 溶致性液晶
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第五章 高分子液晶材料
压 力 流动场
外力场
电
光 磁
场
场 场
例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态，是一种压致 型液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后可呈 现液晶态，流致型液晶。
第13章 高分子液晶
13.1.2 高分子液晶的分类与表征
13.1.2.1 液晶的分类 （1）按液晶形成条件分类
按液晶形成的条件，可将液晶(包括小分子液晶和高分子 液晶（liquid crystalline polymer，简称LCP）)分为热致性、 溶致性和场致性三种。
2）按液晶相态有序性的不同分类——向列相、近晶相和胆 甾相大多数热致液晶及热致液晶高分子和刚棒状溶致液晶高 分子，按液晶相态有序性的不同可分为向列相（nematic， 简称N）、近晶相（semetic，简称S）和胆甾相 （cholesteric，简称Ch）三类。这一分类法是1922年 Friedel提出的，如今近晶相已有多种亚相。
图13-1
近晶A相、向列相、胆甾(zāi)相的示意图 （ (A) 近晶相，(B) 向列相，(C) 胆甾相 ）
①近晶相 这类液晶除了沿指向矢方向的取向有 序以外，还有沿某一方向的平移有序，这导致近 晶相的粘度比向列相大。 ②向列相 大多数液晶及液晶高分子是棒状分子 ，在向列相中，棒状分子彼此平行排列，仅具有 一维有序，它的有序度最低，粘度也小。 ③胆甾相 胆甾相液晶都具有不对称碳原子，分 子本身不具有镜像对称性，它是一种手征性液晶 ，胆甾相与近晶相的区别是它有螺旋状结构。
SCLCP的液晶没有柔性间隔基时，柔性主链和
刚性介晶基元侧链直接键合发生所谓“偶合” 作用。主链倾向于采取无规构象，而介晶基元 则要求取向有序排布。采用柔性大的主链和刚 性大的介晶基元有利于液晶相生成。目前已知 的任何高分子体系都不是完全去偶的。
液晶高分子材料
液晶高分子材料
一、概述
液晶 LCD（Liquid Crystal Display）对于许多人而言已经不是一个新鲜的名词。从电视到随身听的线控，它已经应用到了许多领域。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，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键结合而成，它是一种结晶态，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。
二、分类
1、主链型液晶高分子
主链型高分子液晶是指介晶基元处于主链中的一类高分子材料。在20世纪70 年代中期以前，它们多是指天然大分子液晶材料。自从Dupont 公司首次获得聚芳香酰胺的溶液型主链型高分子液晶性质的应用以来，主链型高分子液晶材料的合成、结构与性能关系和应用等都得以很大发展。按液晶形成过程，主链型高分子液晶可以分为溶液型主链高分子液晶和热熔型主链高分子液晶。
（1）溶液型主链高分子液晶
其研究最多的则是聚芳香酰胺类和聚芳香杂环类聚合物。酰胺为代表的一类溶液型高分子液晶而言，就必须借助于极强的溶剂，例如，通常使用质量分数大于99%的浓硫酸等。
除了聚肽、聚芳香酰胺和聚芳香杂环类溶液主链高分子液晶以外，纤维素及其衍生物也能形成溶液型液晶。
主要用于制备超高强度、高模量的纤维和薄膜。材料的高强度、高模量来源于聚合物链在加工过程中，在一些特殊的溶剂中形成了各向异性的向列态液晶。
（2）热熔型主链高分子液晶
其高分子液晶材料与普通的高分子材料相比，有较大的性质差别。
液晶高分子材料的应用
目前，液晶高分子材料已广泛应用于显 示技术、光电子器件、生物医学、航空 航天等领域，成为材料科学领域的研究 热点之一。
基本性质与特点
01
02
03
04
05
基本性质
优异的加工性能
优异的光学性能
良好的耐候性和 生物相容性好 耐化学腐…
液晶高分子材料具有独特的 物理和化学性质，如光学各 向异性、高弹性、高粘度、 低挥发性等。
自修复能力和自适应性能研究
自修复能力
液晶高分子材料具有自修复能力，即在受到 损伤后能够自动修复并恢复原有性能。这种 特性使得液晶高分子材料在智能材料领域具 有更高的可靠性和耐久性。
自适应性能
液晶高分子材料还具有自适应性能，即能够 根据不同的环境条件自动调整自身性能。例 如，在温度变化时，液晶高分子材料的取向 状态和力学性能会发生变化，从而实现对环 境的自适应响应。
03
液晶高分子材料在光电器 件中应用
光学薄膜制备及性能优化
液晶高分子材料可用于制备光学 薄膜，如偏振片、相位延迟片等。
通过控制液晶高分子的取向和排 列，可以优化光学薄膜的性能，
如提高透过率、降低色差等。
液晶高分子光学薄膜在液晶显示 器、有机发光二极管等显示器件
中有广泛应用。
光纤通信领域中应用
液晶高分子材料可用于制备光纤通信中的光开关、 光调制器等器件。
《高分子液晶及》PPT课件
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三、原位复合材料
（一）基本概念 受到“分子复合材料”构想的启发，人们
开始了对热致液晶与热塑聚合物的共混研究， 并提出了“原位复合材料”的概念，其含义是， 作为增强的纤维形态加工前并不存在，而是在
加工过程形成。
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40
在增强复合材料中，玻璃纤维增强是常用的，其存 在以下缺点： 1.玻璃短纤维对加工设备的磨损较大； 2.玻璃纤维的加入使聚合物体系的粘度增加； 3.短纤维与聚合物粒子的均匀混合也较难达到。
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1980年 日本的高柳素夫等制备了以PPTA增强尼龙6的 分子复合材料.
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（二）制备方法
1. 共沉淀法
将棒状聚合物与柔性链聚合物溶解在共同溶剂中， 在低于液晶形成的临界浓度下沉淀。尽可能避免结晶 的生成。棒状分子形成很细的微纤网络，尺寸约30nm。
CH3
OS
+NaH
CH3
Tsai通过合成ABPBI/PBT/ABPBI的ABA型嵌段共聚物， 使PBT达到更佳的分散状态，从而使模量保持在相同的 范围内（100～120GPa），强度提高到1.7GPa.
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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。
高分子液晶材料
3.液晶高分子复合材料
液晶高分子复合材料是以热致性液晶聚合物 为增强剂，将其通过适当的方法分散于基体聚合 物中，就地形成微纤结构，达到增强基体力学性 能的目的。常用来作为增强材料的液晶聚合物有 PET/PHB、 Veetra、 Xylar、 全芳聚酯等。 液晶高分子形成微纤结构以及与基体材料良 好的界面粘结性对复合材料的增强效果至关重要。
近年来，关于液晶高分子通过互穿聚合物网 络与基体聚合物分子复合的研究也有不少报道。 意大利的U.C等人以对苯二甲酸为基质，通过自由 基聚合在对苯二甲酸基质上复合丙烯腈基可制得 交联的液晶网络，并且通过热处理就可以获得稳 定的宏观取向。
S H2 N NH2
NH4SCN
H 2N
HN
NH S
CH3COOH
S H2N N
N NH2 S
NH2
Br2
KOH
KS H2N
NH2 SK
HCl
KS ClH3N
NH3Cl SK
KS n ClH3N
NH3Cl + n HOOC SK COOH
缩聚
S [ N
N ]n S
反应的第一步是对苯二胺与硫氰氨反应生成对二硫脲
C O C
减压
3）PABA的自缩聚
O n CH3 C O COOH CH3 O C [ O O C ]n + （2n-1) CH3COOH
液晶高分子的性质及应用
液晶高分子的性质及应用
液晶高分子(Liquid Crystal Polymers, LCP)是一种广泛用于制造量
子点、LED、柔性电子、家电产品、传感器和其它高科技产品的高性能材料。它是一种拥有灵活的结构和强大的性能的高分子，有着独特的液晶分
子链结构，它可以拥有比传统高分子更高的分子量和分子权重，以及更强
的抗热性和耐化学性。
液晶高分子材料是一种高分子材料，它有着拥有液晶分子链结构的独
特性能，以及均匀耐热性和韧性，可以说，液晶高分子材料拥有更高的分
子量和分子权重，以及更强的抗热性和耐化学性，因此非常适合用在复杂
而对性能要求极高的高科技产品中。
液晶高分子材料的最大优点之一是它拥有良好的力学性能。它的力学
性能比其他高分子材料更高，更耐热，拥有良好的抗冲击和抗拉伸性能，
而且它在-50℃～200℃度之间的机械性能也极其稳定，在高温状态下也比
一般的高分子材料更加稳定。这也是LPC材料用于高科技领域的原因。
此外，LPC材料还具有良好的电绝缘性能，这使它更适合应用于电子
产品，如手机、电脑以及其它家电产品，其电绝缘性比一般的高分子更佳，它具有较低的介电常数和高的耐电强度，可以有效的保护产品免受静电放
电损伤。
液晶高分子材料
x射线衍射法
x射线衍射法是鉴别三维有序结构的最有力手段之 一，用它来判断液晶相的类型也十分有效，其作 用是POM和DSC法所不能代替的。近晶相液晶的衍 射图呈现一个窄的内环(2θ＝2。—5。)和一个或 多个外环。内环反映了近晶相液晶的分子层距， 外环反映了分子横向堆砌的有序程度。高度有序 的高分子近晶相液晶的确认还须辅以其他手段如 穆斯堡效应实验等。向列相液晶的衍射图的内环 是弥散的图象，外环是一个2θ≈20。的晕圈。这 表示它没有薄层结构，且横向排列是长程无序的 。
(1)向列相 大多数液晶是棒状分子。在向列相中，棒状 分子彼此平行排列，仅具有一维有序，沿指向矢方向的取 向有序，但分子的重心排布无序，在这三类液晶中仅向列 相没有平移有序，它的有序度最低，粘度也小。
(2)近晶相；按惯例，近晶相的分类j根据发现年代前后而命
名为A，B………的至今排列到Q相，共17种亚相，记为SA， SB……SQ相，还有Sc*，SI*，SF*，SJ*，SG*，SK*，SH*，SM* ，SO*等九种具有铁电性的手征近晶相和反铁电相SCA*，约27 种亚相，以SA及Sc相较常见. 在这三类相态中以近晶相的结 构最接近晶体结构，故有“近晶”相这个名称。
基本的热致液晶分子一般具有刚性的棒状、盘状、板状等几 何形状凝聚在一起，由于不对称的分子间作用力，形成取向 排列
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
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高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料一．概述
进入近代社会特别是进入二十一世纪，人类对材料的需求越来越迫切，对材料的性能和经济性的要求也越来越高，在这样的背景下，液晶高分子材料显然具有巨大优势。可液晶高分子材料又是一类什么材料呢？
首先来介绍一下液晶：液晶是某些小分子有机化合物或某些高分子在熔融态或在液体状态下, 形成的有序流体, 既具有晶体的各向异性, 又具有液体的流动性, 是一种过渡状态, 这种中间态称为液晶态,又称为物质的第四态或介晶态。处于这种状态下的物质称为液晶。而液晶高分子是由液晶单元和柔性间隔以化学键结合而成。由于它们兼具液晶的取向有序性和位置有序性及高分子的长键分子特性等优异功能，使得它们成为全世界的学术研究机构与大公司实验室都极为关注的材料。而在自然界也存在天然液晶高分子材料，如纤维素衍生物、多肽及蛋白质、DNA和RNA等，与它们对应的则为合成液晶高分子。根据液晶形成的条件，可以将液晶高分子分为溶致液晶高分子和热致液晶高分子。它们分别在一定浓度的溶液中或在一定温度范围内表现出液晶性，这种溶致性或热致性决定了在制备液晶高分子材料时采用的工艺技术。
二．液晶高分子材料的性能
液晶高分子含有棒状等具有一定长径比的液晶单元，因此其分子键都为刚性或半刚性。这种刚性或半刚性的分子键易于形成空间位置
上排布的有序性和在液晶态加工过程中分子键能高度取向，因此液晶高分子材料具有一系列优异的性能。液晶高分子的熔体具有高流动性、低成型收缩率、低热膨胀系数与高的尺寸稳定性、高强度与高模量、耐高温等力学性能，并有优异的电绝缘性能、耐化学腐蚀性、耐老化性、阻燃性等一系列优异的综合性能。作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景，使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。
三．液晶高分子材料的分类
液晶高分子材料具有如此优异的性能，那其分类又有哪些呢？目前，液晶高分子分类方法有三种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型两类。从应用的角度可分为热致型和溶致型两类，这两种分类方法是相互交叉的，即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型，而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同，液晶高分又有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类型。
（1）近晶型结构
近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中，棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子的长轴方向的强有力的相互作用，互相平行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层片平
面。在层内，分子排列保持着大量二维固体有序性，但是这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来往于各层之间，结果这类柔性的二维分子薄片之间可以相互滑动，而垂直于层片方向的流动则要困难。因此，近晶型液晶一般在各个方向都是非常粘滞的。（2）向列型结构
此类液晶有相当大的流动性。因为这类液晶，棒状分子之间只是互相平行排列。但是他们的重心排列则是无序的，在外力作用下发生流动，很容易沿流动发祥取向，并且互相穿越。向列型液晶的棒状分子也仍然保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶型液晶中那种层状结构。此种液晶仍然显示正的双折射性。此外与近晶型液晶相比，向列型液晶的粘度小，富于流动性。产生这种流动性的原因主要是由于向列型液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动。
（3）胆甾型结构
胆甾型液晶和近晶型液晶一样具有层状结构但层内的分子排列却与向列型液晶类似，分子长轴在层内是相互平行的。这类液晶比较突出的特点是各层的分子轴方向与邻接层的分子轴方向都略有偏移，液晶整体形成螺旋结构，螺距的长度与可见光波长数量级相同。胆甾型液晶的旋光性、选择性光散射和圆偏振光二色性等光学性质，就是由这种特殊的螺旋结构引起的。胆甾型液晶的光学性质与近晶型和向列型液晶有所不同，具有负的双折射性质。
四．液晶高分子材料的发展应用
我国液晶高分子研究始于20世纪70年代初，1987年在上海召开的
第一届全国高分子液晶学术会议标志着我国高分子液晶的研究上了一个新的台阶。此后，全国高分子液晶态学术会议每两年召开一次，共召开了8次。1994年在北京召开IUPAL国际液晶高分子会议，20世纪80年代周其凤等提出了新的甲壳型液晶高分子的概念并从化学合成和物理性质等角度给出了明确的结论，得到了国内学者的关注。而北京大学在该研究一直处于领先地位，已成功合成了上百个具有不同化学结构的甲壳型液晶高分子，并从不同的视角对其结构和性质开展了研究。
液晶高分子存在于自然界很多物质中，像是生物体中的纤维素、多肽、核酸、蛋白质、细胞及细胞膜等都存在液晶态。液晶的原理首先在1888年由奥地利植物学家F.Reinitzer(F.Reinitzer,Monatsh.Chem,9,421,1888)提出，之后，德国科学家O.Lehamann验证了液晶的各向异性，他建议将其命名为Fliessendekrystalle，在英语中也就是液晶（Liquid C rystal或简写为LC）。19世纪60年代，人们发现聚对苯甲酰胺溶解在二甲基乙酰胺LiCl中，和聚对苯二甲酰对苯二胺溶解在浓硫酸中，都可以形成向列型液晶。刚性分子链在溶液中伸展，当其浓度达到临界浓度时由于部分刚性分子聚集在一起形成有序排列的微曲结构，使溶液由各向同性向各向异性转变，由此形成了液晶。随即，美国杜邦公司先后推出了PSA及Kevelar纤维和PPTA，标志着液晶高分子研究工业化发展的开始。到70—80年代，出现了诸如Xydar，Vecta等一系列商用型热致液晶，液晶高分子材料逐渐开始推广。发展至今，液晶这
一形态已经成为一个相当大的物质家族，其商业用途多达几百种，例如日常生活中所用的液晶显示手表、计算器、笔记本电脑和高清晰的彩色电视等都已商业化，使得显示技术领域发生重大的革命性变化。
液晶高分子的一系列不同寻常的性质已经得到了广泛的实际应用，其中大家最为熟悉的就是上面提到的液晶显示技术，它是应用向列型液晶的灵敏的电响应特性和优秀的光学特性的典型例子。把透明的向列型薄膜夹在两块导电的玻璃板之间，在施加适当电压的点上变得不透明，因此当电压以某种图形的形式加到液晶薄膜上就产生了图像。这一原理等同于学生日常学习使用的计算器，在通电时液晶分子排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时分子排列混乱，阻止光线通过，因而显示出所要计算的数字。液晶显示器件最大的优点在于耗电低，可以实现微型化和超薄化。与小分子液晶材料相比，液晶高分子在图形显示方面的应用前景在于利用其优点开发大面积、平面、超薄型、直接沉积在控制电极表面的显示器，具有相当大的优势。
液晶高分子还可以利用其热-光效应来实现光存储。首先将存储介质制成透光的液晶态晶体，这时测试的光完全透过，证明没有信息记录；当用一束激光照射存储介质时，局部温度升高而使液晶高分子熔融成各向同性熔体，分子失去有序性；激光消失后，液晶高分子凝结成不透光的固体，信号被记录下来。此时如果再照射测试光，将仅有部分光透过，记录的信息在室温下永久保存。
此外，将刚性高分子溶液的液晶体系所具有的流变学特性应用于纤维加工过程中，已创造出一种新的纺织技术—液晶纺丝，这种新技