功能高分子材料课件 第五章液晶
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第五章--高分子液晶材料
最重要的应用是制备：
A、各种特殊性能高分子膜材料(可用于生物活性
混合物的分离纯化，如生物膜)
B、胶囊(可用于药物的控制释放，如脂子体即微胶 囊通过对药物的定点释放和缓释作用 可以增加药效及其持续时间)。
二、溶致型主链高分子液晶
溶致型主链高分子液晶的结构
溶致型主链高分子液晶分子一般不具有两亲结
构，在溶液中也不形成胶束结构。
二、高分子液晶的分子结构与性质 1、高分子液晶的典型结构
高分子液晶的结构是,由通常呈现近似棒状或片
状的刚性部分和连接刚性部分之间的柔性链组成。
刚性部分通常呈现近似棒状或片状，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。
刚性结构通常由两个苯环、或者脂肪环、或者
芳香杂环，通过一个刚性连接部件[x]连接组成(如
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。
根据晶型的细微差别，又可以分成 SA、SB、SC、 SD、SE、SF、SG、SH、SI 等 9个小类。
③、胆甾醇型液晶
由于这类液晶，许多是胆甾醇的衍生物，所
用会有所削弱。间隔体长度对聚合物液晶的相转变
温度也有明显影响(表5-8)。
(表5-8)。
连接方式：
间隔体与聚合物骨架的连接，经常通过酯键、
C-C键、醚键、酰胺键实现；而间隔体与刚性部分
的连接，则通过酯键、C-C键、醚键、酰胺键和碳
酸酯键实现。 连接方式不同会对液晶的稳定性产生影响。
③、刚性体(mesogen)
置和连接次序，分为主链型高分子液晶(刚性部分
处于主链上)和侧链型高分子液晶(刚性部分连接
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。
功能高分子液晶高分子材料详解演示文稿
功能高分子液晶高分子材料详解演示文稿一、引言高分子液晶材料是一种特殊的高分子材料，其分子结构具有液晶性质，可以在温度、压力和电场等外界条件的作用下发生相应的形态变化。
功能高分子液晶高分子材料作为一种新兴材料在电子、光电、光学等领域有广泛的应用。
二、功能高分子液晶高分子材料的特点1.液晶性质：功能高分子液晶材料的分子结构呈现出液晶性质，可以在外界作用下呈现出液晶态、糊状或胶状等不同形态。
2.具有可调性：功能高分子液晶高分子材料的性质可以通过改变温度、压力和电场等外界条件进行调控，实现功能性材料的设计和制备。
3.具有光电响应性：功能高分子液晶高分子材料可以对光电信号进行感应和响应，在光电器件中具有重要的应用价值。
4.具有优异的机械性能：功能高分子液晶高分子材料具有优异的机械性能，可以在固态和液态表现出不同的物理和化学性质。
三、功能高分子液晶高分子材料的分类1.热响应型液晶高分子材料：热响应型液晶高分子材料可通过改变温度来实现液晶态到胶状或溶胀态的转变，具有良好的热敏特性。
2.光响应型液晶高分子材料：光响应型液晶高分子材料可以通过外界光场的刺激而实现液晶态到非晶态的相转变，具有优异的光响应性。
3.电响应型液晶高分子材料：电响应型液晶高分子材料可以通过外加电场的作用在液晶态和胶态之间进行切换，具有较快的响应速度和可再生性。
四、功能高分子液晶高分子材料的应用1.光电器件领域：功能高分子液晶高分子材料在光电器件中具有广泛的应用，如液晶显示器、光电开关、光电传感器等。
2.光学领域：功能高分子液晶高分子材料具有优异的光学特性，可以应用于光学透镜、光学波导和光学存储材料等领域。
3.催化剂载体：功能高分子液晶高分子材料可以作为载体，承载催化剂用于催化反应，具有高效率和高选择性。
4.生物医学领域：功能高分子液晶高分子材料在生物医学领域有广泛的应用，如药物传递系统、组织工程和生物传感器等。
五、功能高分子液晶高分子材料的未来发展六、结论功能高分子液晶高分子材料作为一种新兴材料，具有液晶性质、可调性、光电响应性和优异的机械性能等特点。
液晶高分子材料ppt课件
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21
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22
• 示差扫描量热法(DSC法)
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23
• DSC法用途之一是为液晶高分子材料提供 相转变温度数据。
• DSC法用途之二是根据曲线图上各转变点 的热熔值可判断液晶的类型。近晶相的有 序性最高，故热焓值最高，约为6．3— 21kJ／mol。向列相液晶的热焓值较低，约 为13—3．6 kJ／mol。胆甾相液晶的层片 内结构类似于向列相，放其热焓值也与向 列相液晶的相似。
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39
• 此外,LCP 具有高抗冲性和抗弯模量,蠕变性 能很低,其致密的结构使其在很宽的温度范 围内不溶于一般的有机溶剂和酸碱,具有突 出的耐化学腐蚀性。当然,LCP 尚存在制品 的机械性能各向异性、接缝强度低、价格 相对较高等缺点,这些都有待于进一步的改 进。
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12
• 大多数热致液晶和刚棒状溶致液晶，按其 液晶相态有序性的不同可分为向列相、近 晶相和胆甾相三类
• (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。
序；与普通低分子液晶化合物相比，液晶
高分子又具有高分子化合物的结构和功能
特性，如具有高分子量等。高分子化合物
的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了
液晶高分子以鲜明的个性和特色，以高强
度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和化学
药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材
料的新领域。在机械、电子、航空航天等
领域的应用已崭露头角,目前正向生命科学、
液晶高分子材料
高分子的液晶态结构.pptx
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2. 液晶的发展简史
美国物理学家L. Onsager和化学家P. J. Flory分别于 1949年和1956年对刚性棒状液晶高分子作出理论解释。但 直到20世纪60年代中期，美国Du Pont公司发现聚对苯二 甲酰对苯二胺的液晶溶液可纺出高强度高模量的纤维，液 晶高分子才引起人们的广泛关注 。
此外，美国的W.H.公司发表了液晶在平面电视、彩 色电视等方面有应用前景的报道。从此，液晶逐渐走出 化学家和物理学家的实验室，成为一类重要的工业材料。
第11页/共52页
2. 液晶的发展简史 2.3 液晶高分子的发展
1923年，德国化学家D. Vorlander提出了液晶高分 子的科学设想，但事实上人们对高分子液晶态的认识是 从1937年Bawden等在烟草花叶病毒的悬浮液中观察到 液晶态开始的。
第25页/共52页
5. 液晶的分类
图1.4 胆甾相液晶
第26页/共52页
6. 液晶性能的表征
高分子液晶态
差示扫描量热仪 (DSC)
偏光显微镜 (POM)
X-射线衍射 (XRD)
第27页/共52页
6. 液晶性能的表征 6.1 热性能分析
（1）DSC 液晶的相行为研究主要采用DSC。DSC在高分子研究 方面的应用特别广泛，如研究聚合物的相转变、熔点、玻 璃化温度，以及研究聚合、交联、氧化、分解等反应，并 测定反应温度、反应热、反应动力学参数等。
第13页/共52页
2. 液晶的发展简史
20世纪70年代，Kevlar纤维的商品化开创了液晶高 分子研究的新纪元，以后又有自增强塑料Xydar（美国 Dartco公司，1984），Vectra（美国Eastman公司，1985） 和Ekonol（日本住友，1986）等聚酯类液晶高分子的工 业化生产，从此，液晶高分子走上一条迅速发展的道路。
2. 液晶的发展简史
美国物理学家L. Onsager和化学家P. J. Flory分别于 1949年和1956年对刚性棒状液晶高分子作出理论解释。但 直到20世纪60年代中期，美国Du Pont公司发现聚对苯二 甲酰对苯二胺的液晶溶液可纺出高强度高模量的纤维，液 晶高分子才引起人们的广泛关注 。
此外，美国的W.H.公司发表了液晶在平面电视、彩 色电视等方面有应用前景的报道。从此，液晶逐渐走出 化学家和物理学家的实验室，成为一类重要的工业材料。
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2. 液晶的发展简史 2.3 液晶高分子的发展
1923年，德国化学家D. Vorlander提出了液晶高分 子的科学设想，但事实上人们对高分子液晶态的认识是 从1937年Bawden等在烟草花叶病毒的悬浮液中观察到 液晶态开始的。
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5. 液晶的分类
图1.4 胆甾相液晶
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6. 液晶性能的表征
高分子液晶态
差示扫描量热仪 (DSC)
偏光显微镜 (POM)
X-射线衍射 (XRD)
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6. 液晶性能的表征 6.1 热性能分析
（1）DSC 液晶的相行为研究主要采用DSC。DSC在高分子研究 方面的应用特别广泛，如研究聚合物的相转变、熔点、玻 璃化温度，以及研究聚合、交联、氧化、分解等反应，并 测定反应温度、反应热、反应动力学参数等。
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2. 液晶的发展简史
20世纪70年代，Kevlar纤维的商品化开创了液晶高 分子研究的新纪元，以后又有自增强塑料Xydar（美国 Dartco公司，1984），Vectra（美国Eastman公司，1985） 和Ekonol（日本住友，1986）等聚酯类液晶高分子的工 业化生产，从此，液晶高分子走上一条迅速发展的道路。
第五章高分子材料ppt课件
当外力不是静力，而是交变力（即应力大小呈周期性变化）时，应力和应变的关系就会呈现出滞后现象。所谓滞后现象，是指应变随时间的变化一直跟不上应力随时间的变化的现象。当应力与应变有相位差时，每一次循环变化过程中要消耗功，称为力学损耗或内耗。链段运动跟得上外力变化，则内耗很小，反之完全跟不上也小；当链段运动稍微滞后于外力的变化，内耗最大。
能结晶；160C
能结晶；160C
不结晶；75C
双烯类高分子主链上存在双键。由于取代基不能绕双键旋转，因而内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型和反式构型之分，称为几何异构体。以聚1,4-丁二烯为例，有顺1,4和反1,4两种几何异构体。反式结构重复周期为0.51nm（图b），比较规整，易于结晶，在室温下是弹性很差的塑料；反之顺式结构重复周期为0.91nm（图a），不易于结晶，是室温下弹性很好的橡胶。类似地聚1,4-异戊二烯也只有顺式才能成为橡胶(即天然橡胶)。对于聚丁二烯，还可能有1,2加成，双键成为侧基。因而与单烯类高分子一样，有全同（图d）和间同（图c）两种有规旋光异构体。
1.缨状微晶胞模型
2.折叠链结晶模型 基于的实验事实：电子衍射研究结果表明高分子单晶都具有一般共同的形态，即厚度约10纳米，长、宽约几微米尺寸的薄片晶，而且高分子链方向垂直于片晶平面。
3.聚合物结晶度： 结晶度即结晶部分的含量；利用比容、量热法、X射线衍射、红外光谱法。 影响结晶度的因素： 1.聚合物结构：规整结构的聚合物可以达到很高结晶度，分支、结构不规整的聚合物结晶度较； 2.结晶条件：缓慢降温比急冷更容易高的结晶度。
高分子柔顺性与单链内旋转难易程度有关。原子间的联结作用阻碍了单键的内旋转，使大分子链的运动以相连接的链段运动来实现。链段越短柔顺性越大。 高分子链的柔顺性是高聚物许多性质不同于低分子物质的重要原因，尤其对高聚物的弹性和塑性有重要影响。
《高分子液晶》课件
高分子液晶材料种类有限
目前已知的高分子液晶材料种类相对较少，限制了其在各个领域 的应用范围。
加工成型困难
高分子液晶材料在加工成型过程中容易出现缺陷，如气泡、裂纹等 ，影响产品的性能和使用寿命。
稳定性有待提高
高分子液晶材料的稳定性较差，容易受到温度、湿度等环境因素的 影响，导致性能下降。
未来发展趋势预测
传感器和执行器设计原理
1 2
温度传感器
高分子液晶的相变温度对温度敏感，可用于设计 温度传感器，用于监测环境温，其光学性质会发 生变化，因此可用于设计压力传感器。
3
执行器原理
利用高分子液晶的电光效应，可以设计出电场控 制的执行器，如液晶驱动的微型机器人等。
序参数（Order Parameter）：描述液晶中分子取向 有序程度的物理量，通常表示为S。S=0表示完全无序
，S=1表示完全有序。
取向分布函数（Orientation Distribution Function ）：描述液晶中分子取向分布的函数，可以反映液晶
的有序程度和各向异性。
Frank弹性常数：表征液晶弹性性质的物理量，与液 晶中分子的取向有序性密切相关。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
01
高分子液晶结构与 性质
液晶态结构特点
01
02
03
分子排列有序性
液晶中分子排列具有一维 或二维的长程有序性，不 同于晶体的三维有序。
流动性
液晶具有类似液体的流动 性，分子可以在一定范围 内自由移动。
各向异性
由于分子排列的有序性， 液晶在物理性质上表现出 各向异性，如光学、电学 等性质。
高分子的液晶态结构课件
高分子材料在特定条件下 呈现的一种有序介态，兼 具液体的流动性和晶体的 部分有序性。
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。
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。
液晶材料ppt课件
DSC曲线可以反应晶态结构。将加热和冷却的两条DSC曲线对比，液晶的松弛时 间较长，快速冷却时，仍保持原结构不变，而结晶在快速冷却时结构会消失。
➢ X射线衍射法 空间结构参数，有序度
X射线衍射法对液晶相态的研究主要集中在几种有序程度较高的液晶类型，如向 列型液晶和近晶型液晶。
➢ 核磁共振光谱法 结构分析，取向性
液晶的应用及发展前景
液晶是一种十分年轻的材料，至今只有几十年的发展历史，主要用于制造具 有高强度、高模量的纤维材料；制备分子复合材料；液晶显示材料以及用于 精密温度指示材料和痕量化学药品指示剂。
高分子液晶由于粘性高，松弛时间长，响应时间长，在类似小分子液晶的应 用方面受到限制，但高分子液晶也因其结构特征带来易固定性、聚集态结构 多样性等特点而具有很好的功能性。
目前已经发现很多刚性和半刚性的高分子以及某些柔性高分子和生物高分子都具 有液晶行为。高分子液晶在高强高模纤维的制备、液晶自增强材料的开发、光电以 及温度显示材料的应用以及生命科学的研究等方面，已经取得了迅速的发展。
高分子液晶
液晶在分子排列形式上类似晶体呈有序排列，同时液晶又具有一 定的流动性类似于各相同性的液体。将这类液晶分子连接成大分 子或将液晶分子连接到大分子的骨架之上，使之继续保持液晶特 性就形成了高分子液晶。
胆甾型液晶
胆甾型液晶是向列型液晶的一种特殊形式。其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，在每一个平面层内分 子长轴平行排列和向列型液晶相象，层与层之间分子长轴逐渐偏转， 形成螺旋状。
分子的长轴取向在旋转360度后复员，两个取向度相同的最近层间距 称为螺距。
螺距的大小取决于分子结构及温度、 压力、磁场或电场等外部条件。胆 甾型液晶大多是胆甾醇的衍生物， 通常是手性分子，因而具有极高的 旋光性，其螺旋平面对光有选择性 反射，能将白色散射成灿烂的颜色。
➢ X射线衍射法 空间结构参数，有序度
X射线衍射法对液晶相态的研究主要集中在几种有序程度较高的液晶类型，如向 列型液晶和近晶型液晶。
➢ 核磁共振光谱法 结构分析，取向性
液晶的应用及发展前景
液晶是一种十分年轻的材料，至今只有几十年的发展历史，主要用于制造具 有高强度、高模量的纤维材料；制备分子复合材料；液晶显示材料以及用于 精密温度指示材料和痕量化学药品指示剂。
高分子液晶由于粘性高，松弛时间长，响应时间长，在类似小分子液晶的应 用方面受到限制，但高分子液晶也因其结构特征带来易固定性、聚集态结构 多样性等特点而具有很好的功能性。
目前已经发现很多刚性和半刚性的高分子以及某些柔性高分子和生物高分子都具 有液晶行为。高分子液晶在高强高模纤维的制备、液晶自增强材料的开发、光电以 及温度显示材料的应用以及生命科学的研究等方面，已经取得了迅速的发展。
高分子液晶
液晶在分子排列形式上类似晶体呈有序排列，同时液晶又具有一 定的流动性类似于各相同性的液体。将这类液晶分子连接成大分 子或将液晶分子连接到大分子的骨架之上，使之继续保持液晶特 性就形成了高分子液晶。
胆甾型液晶
胆甾型液晶是向列型液晶的一种特殊形式。其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，在每一个平面层内分 子长轴平行排列和向列型液晶相象，层与层之间分子长轴逐渐偏转， 形成螺旋状。
分子的长轴取向在旋转360度后复员，两个取向度相同的最近层间距 称为螺距。
螺距的大小取决于分子结构及温度、 压力、磁场或电场等外部条件。胆 甾型液晶大多是胆甾醇的衍生物， 通常是手性分子，因而具有极高的 旋光性，其螺旋平面对光有选择性 反射，能将白色散射成灿烂的颜色。
功能高分子材料课件第五章液晶
某些液晶分子可连接成大分子，或者可通过官 能团的化学反应连接到高分子骨架上。这些高分子 化的液晶在一定条件下仍可能保持液晶的特征，就 形成高分子液晶。 高分子液晶的结构比较复杂，因此分类方法很 多，常见的可分类如下：
24
第五章 高分子液晶材料
形成条件
溶致型液晶 热致型液晶 流致型液晶
压致型液晶 主链型液晶
两个取向相同的分子层之间的距 离称为胆甾型液晶的螺距。
胆甾型
20
第五章 高分子液晶材料
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”
21
第五章 高分子液晶材料
盘型液晶
现在发现，除了刚性部分均呈长棒型结构的液 晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分 子形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起， 形成柱状结构。这些柱状结构再进行一定有序排列 形成类似于近晶型液晶。这一类液晶通常记为D。
46
第五章 高分子液晶材料
2.2 影响高分子液晶形态和性能的因素
影响高分子液晶形态与性能的因素包括外 在因素和内在因素两部分。 内在因素为分子结构、分子组成和分子间力。 外部因素则主要包括环境温度、溶剂等。
47
第五章 高分子液晶材料
2.2.1 内部因素对高分子液晶形态与性能的影响
刚性部分
高分子液晶分子中必须含有具有刚性的 致晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中形 成结晶，而且在转变成液相时也有利于保持 晶体的有序度。 规整性越好，越容易使其排列整齐，使 得分子间力增大，也更容易生成稳定的液晶 相。
液晶类型
混合型
27
第五章 高分子液晶材料
多盘型
支链型
功能高分子材料ppt课件
A. 丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分 B. 高吸水性树脂成品是线型结构 C. 二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下可生成一种可降解的塑料 D. 高分子制成的“人造金属”能够导电导热，所以有金属光泽
随堂练习
2. 下列关于功能高分子材料，说法不正确的是( C )
A. 生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料 B. 高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等 C. 高分子药物和有机玻璃都属于功能高分子材料 D. 纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代 聚丙烯？ 聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料； 可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相 比，既能降解，又可再生！
微生物降解材料 聚乳酸
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造 可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在 乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。 聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2 和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
第五章 第二节 高分子材料
一、通用高分子材料 二、功能高分子材料
第五章 第二节 第二课时 功能高分子材料
一、高吸水性树脂 二、微生物降解材料
三、高分子分离膜
生活答疑
疫情期间曾“一罩难求”，有不法分子用纸张(天然纤维素)代替口罩材料， 你知道如何用简单的方法鉴别真假吗？
纤维素(多糖)
聚丙烯
➢ 加水鉴别吸水性：纸张有亲水基，能吸水；聚丙烯无亲水基，不吸水； ➢ 燃烧法鉴别：纸张燃烧后灰烬易碾碎；合成纤维燃烧时刺鼻呛味，燃烧后
随堂练习
2. 下列关于功能高分子材料，说法不正确的是( C )
A. 生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料 B. 高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等 C. 高分子药物和有机玻璃都属于功能高分子材料 D. 纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代 聚丙烯？ 聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料； 可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相 比，既能降解，又可再生！
微生物降解材料 聚乳酸
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造 可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在 乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。 聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2 和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
第五章 第二节 高分子材料
一、通用高分子材料 二、功能高分子材料
第五章 第二节 第二课时 功能高分子材料
一、高吸水性树脂 二、微生物降解材料
三、高分子分离膜
生活答疑
疫情期间曾“一罩难求”，有不法分子用纸张(天然纤维素)代替口罩材料， 你知道如何用简单的方法鉴别真假吗？
纤维素(多糖)
聚丙烯
➢ 加水鉴别吸水性：纸张有亲水基，能吸水；聚丙烯无亲水基，不吸水； ➢ 燃烧法鉴别：纸张燃烧后灰烬易碾碎；合成纤维燃烧时刺鼻呛味，燃烧后
液晶高分子研究生课件
分类
根据液晶相的形成条件和分子排列方式，液晶高分子可分为热致液晶高分子和溶致液晶高分子 两大类。其中，热致液晶高分子又可分为向列型、近晶型和胆甾型三种。
发展历程及现状
发展历程
自20世纪60年代发现液晶高分子以来，该领域经历了从基础研究到应用研究的转变。随着合成技术和表征手段的 不断进步，液晶高分子的研究逐渐深入，应用领域也不断拓展。
采用薄膜晶体管作为开关元件，具有高亮度、高对比度、丰富的色彩表现和良好的视角特 性，是目前主流液晶显示技术。
显示性能提升策略探讨
1 2
提高液晶材料的性能
通过合成新型液晶高分子材料，优化其光电性能 ，提高响应时间、对比度和视角等关键指标。
改进显示器件结构
优化液晶显示器件的结构设计，如采用多畴结构 、光学补偿膜等技术，改善显示效果。
催化剂选择
选用高效、选择性好的催化剂，如有机金 属化合物、酶等。
溶剂选择
选用合适的溶剂，提高反应速率和产物纯 度。
产物分离纯化及结构表征
分离纯化方法
采用沉淀、萃取、色 谱等方法对产物进行 分离纯化，得到纯净 的液晶高分子。
结构表征手段
利用红外光谱、核磁 共振、质谱等手段对 液晶高分子进行结构 表征，确定其化学结 构和液晶性能。
点。
自由基聚合法
通过自由基引发剂引 发单体聚合，合成具 有特定结构和性能的
液晶高分子。
阴离子聚合法
在阴离子引发剂作用 下，单体进行阴离子 聚合，得到结构规整
的液晶高分子。
原料选择与反应条件优化
原料选择
选择具有液晶性的单体或预聚物，如芳香 族二元酸、二元醇等。
反应温度与时间
控制反应温度和时间以获得最佳的反应速 率和产物性能。
根据液晶相的形成条件和分子排列方式，液晶高分子可分为热致液晶高分子和溶致液晶高分子 两大类。其中，热致液晶高分子又可分为向列型、近晶型和胆甾型三种。
发展历程及现状
发展历程
自20世纪60年代发现液晶高分子以来，该领域经历了从基础研究到应用研究的转变。随着合成技术和表征手段的 不断进步，液晶高分子的研究逐渐深入，应用领域也不断拓展。
采用薄膜晶体管作为开关元件，具有高亮度、高对比度、丰富的色彩表现和良好的视角特 性，是目前主流液晶显示技术。
显示性能提升策略探讨
1 2
提高液晶材料的性能
通过合成新型液晶高分子材料，优化其光电性能 ，提高响应时间、对比度和视角等关键指标。
改进显示器件结构
优化液晶显示器件的结构设计，如采用多畴结构 、光学补偿膜等技术，改善显示效果。
催化剂选择
选用高效、选择性好的催化剂，如有机金 属化合物、酶等。
溶剂选择
选用合适的溶剂，提高反应速率和产物纯 度。
产物分离纯化及结构表征
分离纯化方法
采用沉淀、萃取、色 谱等方法对产物进行 分离纯化，得到纯净 的液晶高分子。
结构表征手段
利用红外光谱、核磁 共振、质谱等手段对 液晶高分子进行结构 表征，确定其化学结 构和液晶性能。
点。
自由基聚合法
通过自由基引发剂引 发单体聚合，合成具 有特定结构和性能的
液晶高分子。
阴离子聚合法
在阴离子引发剂作用 下，单体进行阴离子 聚合，得到结构规整
的液晶高分子。
原料选择与反应条件优化
原料选择
选择具有液晶性的单体或预聚物，如芳香 族二元酸、二元醇等。
反应温度与时间
控制反应温度和时间以获得最佳的反应速 率和产物性能。
液晶高分子PPT课件
原理：降低聚合物规整度，减小分子间 力
12
下面以主链型溶致性高分子液晶的合成为例
13
主链型溶致性高分子液晶的合成
主链型溶致性高分子液晶主要有以下几类： （1）芳香族聚酰胺 （2）聚酰胺酰阱 （3）聚苯并噻唑 （4）纤维素类 • 主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、
高模量纤维和薄膜的制备方面
14
22
2. 高强高模材料
• 高强高模材料包括主链型溶致和热致LCP两大 类。溶致LCP材料制造纤维和薄膜，主要是聚 芳酰胺如 PPTA和杂环高分子如 PBZT和 PBO。 热致 LCP制造模塑制品、纤维、薄膜、涂料、 粘合剂，芳香共聚酯为主，此外还有聚碳酸 酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺等。
23
溶致LCP
20
高分子液晶的应用领域 • 液晶高分子由于其区别于其他高分子材
料的流变性能、各向异性以及良好的热 稳定性、优异的介电、光学和机械性能， 以及它的抗化学试剂能力、低燃烧性和 极好的尺寸稳定性，在诸多领域日益受 到重视，获得了越来越广泛的应用。
21
1.液晶显示器
液晶显示技术，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。把透明的向列型液晶薄膜夹在 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。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。
31
谢谢
32Байду номын сангаас
个人观点供参考，欢迎讨论！
CO ]n + (n-1) H2O
12
下面以主链型溶致性高分子液晶的合成为例
13
主链型溶致性高分子液晶的合成
主链型溶致性高分子液晶主要有以下几类： （1）芳香族聚酰胺 （2）聚酰胺酰阱 （3）聚苯并噻唑 （4）纤维素类 • 主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、
高模量纤维和薄膜的制备方面
14
22
2. 高强高模材料
• 高强高模材料包括主链型溶致和热致LCP两大 类。溶致LCP材料制造纤维和薄膜，主要是聚 芳酰胺如 PPTA和杂环高分子如 PBZT和 PBO。 热致 LCP制造模塑制品、纤维、薄膜、涂料、 粘合剂，芳香共聚酯为主，此外还有聚碳酸 酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺等。
23
溶致LCP
20
高分子液晶的应用领域 • 液晶高分子由于其区别于其他高分子材
料的流变性能、各向异性以及良好的热 稳定性、优异的介电、光学和机械性能， 以及它的抗化学试剂能力、低燃烧性和 极好的尺寸稳定性，在诸多领域日益受 到重视，获得了越来越广泛的应用。
21
1.液晶显示器
液晶显示技术，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。把透明的向列型液晶薄膜夹在 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。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。
31
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46
第五章 高分子液晶材料
2.2 影响高分子液晶形态和性能的因素
影响高分子液晶形态与性能的因素包括外 在因素和内则主要包括环境温度、溶剂等。
47
第五章 高分子液晶材料
2.2.1 内部因素对高分子液晶形态与性能的影响
刚性部分
高分子液晶分子中必须含有具有刚性的 致晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中形 成结晶，而且在转变成液相时也有利于保持 晶体的有序度。 规整性越好，越容易使其排列整齐，使 得分子间力增大，也更容易生成稳定的液晶 相。
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。
38
式中R、R′为烷基、烷氧基、酰氧基、氰基等，A为中央基团
39
40
第五章 高分子液晶材料
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。
44
化学稳定性和热稳定性较差
易于提纯
45
第五章 高分子液晶材料
主链型高分子液晶
致晶单元处在高分子主链上； 侧链型高分子液晶 致晶单元是通过一段柔性链作为侧基与高分子 主链相连，形成梳状结构。 主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶在液晶 形态上和物理化学性质有大差别：主链型高分子液 晶为高强度、高模量的结构材料，而侧链型高分子 液晶为具有特殊性能的功能高分子材料。
致晶单元与高分子 的连接方式
侧链型液晶
25
第五章 高分子液晶材料
按致晶单元排列形式和有序性的不同：近晶型、
向列型和胆甾型等。至今为止大部分高分子液晶属 于向列型液晶。 主链型液晶大多数为高强度、高模量的材料， 侧链型液晶则大多数为功能性材料。
26
第五章 高分子液晶材料
表5-1 致晶单元与高分子链的连接方式
X射线衍射法 空间结构参数，有序度
核磁共振光谱法 结构分析，取向性 介电松弛谱法 极化弛豫，组成内部结构
相容性判别法 结构相似性
光学双折射法 折射率，空间结构
37
第五章 高分子液晶材料
2 高分子液晶的分子结构特征
2.1 高分子液晶的化学结构
液晶是某些物质在从固态向液态转换时形成的 一种具有特殊性质的中间相态或过渡相态。显然过 渡态的形成与分子结构有着内在联系。液晶态的形 成是物质的外在表现形式，而这种物质的分子结构 则是液晶形成的内在因素。 分子结构在液晶的形成过程中起着主要作用， 决定着液晶的相结构和物理化学性质。
两个取向相同的分子层之间的距 离称为胆甾型液晶的螺距。
胆甾型
20
第五章 高分子液晶材料
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”
21
第五章 高分子液晶材料
盘型液晶
现在发现，除了刚性部分均呈长棒型结构的液 晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分 子形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起， 形成柱状结构。这些柱状结构再进行一定有序排列 形成类似于近晶型液晶。这一类液晶通常记为D。
2
第五章 高分子液晶材料
某些物质受热熔融或被溶解，外观呈液态物质的流动性， 仍然保留着晶态物质分子的有序排列，各向异性; 兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态 ——液晶态; 处于这种状态下的物质——液晶liquid crystals。
主要特征:其聚集状态在一定程度上既类似于晶体，分子 呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。
43
第五章 高分子液晶材料
在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲 的取代基，这个端基单元是各种极性的或非极性的 基团，对形成的液晶具有一定稳定作用，因此也是 构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的R包括 —R’、 —OR’、 —COOR’、 —CN、 —OOCR’、 —COR’、 —CH=CH—COOR’、 —Cl、 —Br、 —NO2等。
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 子液晶的相行为产生影响。
32
第五章 高分子液晶材料
1.3 高分子液晶的热力学本质
液晶是一种不同寻常的相态。只有当分子比较 僵硬、长径比较大和分子间有较强吸引力时，这种 相态才会出现。 众所周知，高分子物质有两个经典的相态，固 态和液态。固态为晶态，液态则包括流动态和玻璃 态两种。
12
第五章 高分子液晶材料
1.1.1 小分子液晶 已发现许多一些有机化合物质具有液晶特性。 形成液晶的条件： 1) 致晶单元:导致液晶形成的刚性结构部分。 2）分子的长度和宽度的比例R>>l，呈棒状或 近似棒状的构象。 3）凝聚力:强极性基团、高度可极化基团、氢 键等相联系的。
13
第五章 高分子液晶材料
33
第五章 高分子液晶材料
晶态是具有三维有序结构的相态。
在晶态和液态之间就有三个中介相态：
取向有序、位置无序的称为液晶； 位置有序、取向无序的称为塑晶； 位置有序、取向有序而构象无序的 称为构象无序晶。 液晶玻璃 塑晶玻璃 构象无序晶玻璃
34
第五章 高分子液晶材料
研究认为，塑晶在高分子中不多见，构象无序 晶极不稳定，而只有液晶十分常见。液晶的取向有 序性带来了材料的高强度和高模量特性，因此具有 很大的实际应用前景。
41
第五章 高分子液晶材料
刚性体
聚合物 骨架
连接单元
取代基
42
第五章 高分子液晶材料
致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等 通过刚性连接单元（X，又称中心桥键）连接组 成。 连接单元常见的化学结构包括亚氨基（－C＝ N－）、反式偶氮基（－N＝N－）、氧化偶氮 （－NO＝N－）、酯基（－COO－）和反式乙 烯基（－C＝C－）等。
某些液晶分子可连接成大分子，或者可通过官 能团的化学反应连接到高分子骨架上。这些高分子 化的液晶在一定条件下仍可能保持液晶的特征，就 形成高分子液晶。 高分子液晶的结构比较复杂，因此分类方法很 多，常见的可分类如下：
24
第五章 高分子液晶材料
形成条件
溶致型液晶 热致型液晶 流致型液晶
压致型液晶 主链型液晶
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
14
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。
第五章
高分子液晶材料
主要内容： 1 液晶态及液晶相关概念性质； 2 高分子液晶结构有分类、合成制备和实际应用； 3 高分子液晶研究和测试方法。
1
第五章
1 概述
1.1 液晶的基本概念
高分子液晶材料
物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式存在， 即三相态。 在外界条件发生变化时物质可以在三种相态之间进行 转换，即发生所谓的相变。 大多数物质发生相变时直接从一种相态转变为另一种 相态，中间没有过渡态生成。例如冰受热后从有序的固 态晶体直接转变成分子呈无序状态的液态。
18
第五章 高分子液晶材料
（2）向列型液晶nematic liquid crystals，N）
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。
结构形式 名称 纵向型 垂直型 主链型 星型 盘型
液晶类型
混合型
27
第五章 高分子液晶材料
多盘型
支链型
树枝型
28
第五章 高分子液晶材料
梳型 多重梳型 盘梳型 侧链型 腰接型 结合型
网型
29
第五章 高分子液晶材料
按形成高分子液晶的单体结构，两亲型和非两
亲型两类。 两亲型指兼具亲水和亲油（亲有机溶剂）作用 的分子（极少）溶致性液晶。 非两亲型是一些几何形状不对称的刚性或半刚 性的棒状或盘状分子（绝大多数)热致性液晶。 以盘状分子聚合的高分子液晶也极为少见.
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
23
第五章 高分子液晶材料
1.2 高分子液晶及其分类
11
第五章 高分子液晶材料
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。
球晶的黑十字消光现象
6
第五章 高分子液晶材料
2.2 影响高分子液晶形态和性能的因素
影响高分子液晶形态与性能的因素包括外 在因素和内则主要包括环境温度、溶剂等。
47
第五章 高分子液晶材料
2.2.1 内部因素对高分子液晶形态与性能的影响
刚性部分
高分子液晶分子中必须含有具有刚性的 致晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中形 成结晶，而且在转变成液相时也有利于保持 晶体的有序度。 规整性越好，越容易使其排列整齐，使 得分子间力增大，也更容易生成稳定的液晶 相。
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。
38
式中R、R′为烷基、烷氧基、酰氧基、氰基等，A为中央基团
39
40
第五章 高分子液晶材料
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。
44
化学稳定性和热稳定性较差
易于提纯
45
第五章 高分子液晶材料
主链型高分子液晶
致晶单元处在高分子主链上； 侧链型高分子液晶 致晶单元是通过一段柔性链作为侧基与高分子 主链相连，形成梳状结构。 主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶在液晶 形态上和物理化学性质有大差别：主链型高分子液 晶为高强度、高模量的结构材料，而侧链型高分子 液晶为具有特殊性能的功能高分子材料。
致晶单元与高分子 的连接方式
侧链型液晶
25
第五章 高分子液晶材料
按致晶单元排列形式和有序性的不同：近晶型、
向列型和胆甾型等。至今为止大部分高分子液晶属 于向列型液晶。 主链型液晶大多数为高强度、高模量的材料， 侧链型液晶则大多数为功能性材料。
26
第五章 高分子液晶材料
表5-1 致晶单元与高分子链的连接方式
X射线衍射法 空间结构参数，有序度
核磁共振光谱法 结构分析，取向性 介电松弛谱法 极化弛豫，组成内部结构
相容性判别法 结构相似性
光学双折射法 折射率，空间结构
37
第五章 高分子液晶材料
2 高分子液晶的分子结构特征
2.1 高分子液晶的化学结构
液晶是某些物质在从固态向液态转换时形成的 一种具有特殊性质的中间相态或过渡相态。显然过 渡态的形成与分子结构有着内在联系。液晶态的形 成是物质的外在表现形式，而这种物质的分子结构 则是液晶形成的内在因素。 分子结构在液晶的形成过程中起着主要作用， 决定着液晶的相结构和物理化学性质。
两个取向相同的分子层之间的距 离称为胆甾型液晶的螺距。
胆甾型
20
第五章 高分子液晶材料
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”
21
第五章 高分子液晶材料
盘型液晶
现在发现，除了刚性部分均呈长棒型结构的液 晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分 子形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起， 形成柱状结构。这些柱状结构再进行一定有序排列 形成类似于近晶型液晶。这一类液晶通常记为D。
2
第五章 高分子液晶材料
某些物质受热熔融或被溶解，外观呈液态物质的流动性， 仍然保留着晶态物质分子的有序排列，各向异性; 兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态 ——液晶态; 处于这种状态下的物质——液晶liquid crystals。
主要特征:其聚集状态在一定程度上既类似于晶体，分子 呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。
43
第五章 高分子液晶材料
在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲 的取代基，这个端基单元是各种极性的或非极性的 基团，对形成的液晶具有一定稳定作用，因此也是 构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的R包括 —R’、 —OR’、 —COOR’、 —CN、 —OOCR’、 —COR’、 —CH=CH—COOR’、 —Cl、 —Br、 —NO2等。
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 子液晶的相行为产生影响。
32
第五章 高分子液晶材料
1.3 高分子液晶的热力学本质
液晶是一种不同寻常的相态。只有当分子比较 僵硬、长径比较大和分子间有较强吸引力时，这种 相态才会出现。 众所周知，高分子物质有两个经典的相态，固 态和液态。固态为晶态，液态则包括流动态和玻璃 态两种。
12
第五章 高分子液晶材料
1.1.1 小分子液晶 已发现许多一些有机化合物质具有液晶特性。 形成液晶的条件： 1) 致晶单元:导致液晶形成的刚性结构部分。 2）分子的长度和宽度的比例R>>l，呈棒状或 近似棒状的构象。 3）凝聚力:强极性基团、高度可极化基团、氢 键等相联系的。
13
第五章 高分子液晶材料
33
第五章 高分子液晶材料
晶态是具有三维有序结构的相态。
在晶态和液态之间就有三个中介相态：
取向有序、位置无序的称为液晶； 位置有序、取向无序的称为塑晶； 位置有序、取向有序而构象无序的 称为构象无序晶。 液晶玻璃 塑晶玻璃 构象无序晶玻璃
34
第五章 高分子液晶材料
研究认为，塑晶在高分子中不多见，构象无序 晶极不稳定，而只有液晶十分常见。液晶的取向有 序性带来了材料的高强度和高模量特性，因此具有 很大的实际应用前景。
41
第五章 高分子液晶材料
刚性体
聚合物 骨架
连接单元
取代基
42
第五章 高分子液晶材料
致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等 通过刚性连接单元（X，又称中心桥键）连接组 成。 连接单元常见的化学结构包括亚氨基（－C＝ N－）、反式偶氮基（－N＝N－）、氧化偶氮 （－NO＝N－）、酯基（－COO－）和反式乙 烯基（－C＝C－）等。
某些液晶分子可连接成大分子，或者可通过官 能团的化学反应连接到高分子骨架上。这些高分子 化的液晶在一定条件下仍可能保持液晶的特征，就 形成高分子液晶。 高分子液晶的结构比较复杂，因此分类方法很 多，常见的可分类如下：
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第五章 高分子液晶材料
形成条件
溶致型液晶 热致型液晶 流致型液晶
压致型液晶 主链型液晶
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
14
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。
第五章
高分子液晶材料
主要内容： 1 液晶态及液晶相关概念性质； 2 高分子液晶结构有分类、合成制备和实际应用； 3 高分子液晶研究和测试方法。
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第五章
1 概述
1.1 液晶的基本概念
高分子液晶材料
物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式存在， 即三相态。 在外界条件发生变化时物质可以在三种相态之间进行 转换，即发生所谓的相变。 大多数物质发生相变时直接从一种相态转变为另一种 相态，中间没有过渡态生成。例如冰受热后从有序的固 态晶体直接转变成分子呈无序状态的液态。
18
第五章 高分子液晶材料
（2）向列型液晶nematic liquid crystals，N）
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。
结构形式 名称 纵向型 垂直型 主链型 星型 盘型
液晶类型
混合型
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多盘型
支链型
树枝型
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梳型 多重梳型 盘梳型 侧链型 腰接型 结合型
网型
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按形成高分子液晶的单体结构，两亲型和非两
亲型两类。 两亲型指兼具亲水和亲油（亲有机溶剂）作用 的分子（极少）溶致性液晶。 非两亲型是一些几何形状不对称的刚性或半刚 性的棒状或盘状分子（绝大多数)热致性液晶。 以盘状分子聚合的高分子液晶也极为少见.
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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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1.2 高分子液晶及其分类
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第五章 高分子液晶材料
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。
球晶的黑十字消光现象
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