第四章液晶高分子详解
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。
聚酰亚胺液晶高分子及液晶取向膜
聚酰亚胺液晶高分子及液晶取向膜
聚酰亚胺(Polyimide)是一种广泛应用于液晶显示器(LCD)的高分
子材料。它具有优良的热稳定性、机械强度和化学稳定性,使其成为制备
液晶取向膜以及液晶高分子的理想材料之一
首先,聚酰亚胺的制备方法通常采用聚合反应。首先,将酸酐和双胺
混合,然后加入溶剂,在高温下进行缩聚反应,最终形成聚酰亚胺高分子。这种高分子具有线性链结构,其中的酰胺键和酰亚胺键赋予了聚酰亚胺良
好的热稳定性和化学稳定性。
液晶显示器中的液晶取向膜是由聚酰亚胺材料制备而成。它的作用是
通过特定的取向方法,使液晶分子在特定方向上排列,从而实现像素点的
控制。聚酰亚胺由于其分子链的特殊性,可以在制备过程中采用摩擦取向、溶剂取向或磁场取向等手段,使液晶分子保持一定的方向性。这种取向膜
能够提高液晶显示器的像素响应速度和色彩饱和度,提高显示效果。
除了用于液晶取向膜的制备外,聚酰亚胺也可以作为液晶高分子来应用。液晶高分子是指将液晶分子与高分子有机物结合,形成一种具有液晶
相和高分子特性的复合材料。聚酰亚胺具有较高的玻璃化转变温度和稳定
的液晶相,因此可以作为液晶高分子的基体材料。通过在聚酰亚胺基体中
掺入液晶分子,可以改变聚酰亚胺材料的光学、电学和热学性质,实现液
晶高分子的多种应用,如电子器件、传感器等。
总之,聚酰亚胺是一种重要的高分子材料,广泛应用于液晶显示器的
液晶取向膜和液晶高分子中。它具有优良的热稳定性、机械强度和化学稳
定性,能够提高液晶显示器的像素响应速度、色彩饱和度和显示效果,同
时也为液晶高分子的应用提供了一种可靠的基体材料。随着科技的不断发展,聚酰亚胺材料在液晶显示技术中的应用也将进一步扩展。
高分子液晶
3.2.1 外部因素对液晶形态与性能的影响
温度
对热致型高分子液晶来说,最重要的影响因素是 温度。足够高的温度能够给高分子提供足够的热动 能,是使相转变过程发生的必要条件。因此,控制 温度是形成高分子液晶和确定晶相结构的主要手段。 除此之外,施加一定电场或磁场力有时对液晶的形 成也是必要的。
3.2.1 外部因素对液晶形态与性能的影响
CN
398 90
439 150
CN
3.高分子液晶的相行为
3.3.2 侧链型高分子液晶的相行为
3)化学交联的影响
化学交联使大分子运动受到限制。但当交联程 序不高时,链段的微布朗运动可基本上不受限制。 因此,对液晶行为基本无影响。但当交联程度较高 时,致晶单元难以整齐地定向排列,则将抑制液晶 的形成。
3.高分子液晶的分子结构特征
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或非极性基团, 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。源自文库
常见的R包括: —R’、 —OR’、 —COOR’、 —CN、 —OOCR’、 —COR’、 —Cl、 —Br、—NO2等。
no < ne positive birefringent N,S ne < no negative birefringent Ch
液晶物质的折射率,介电常数,磁化率,电导 率,粘度等各种物理性质,在液晶分子的长轴 方向(∥)和与其垂直方向(⊥)有和大的不 同,即存在各向异性
液晶高分子
源自文库 液晶高分子的分类
根据结构有序性的类型与程度,液晶有: 向列型晶相液晶、近晶型晶相液晶、胆甾醇 型液晶等。
液晶相依其生成条件,可分为:热致液晶 相、溶致液晶相以及因其他外场(压力、电 场、磁场、光照等)作用而诱发产生的场致 液晶相等。
液晶高分子的应用
(一)高强度高模量材料 (二)在数字及图像显示方面的应用 (三)在信息储存方面的应用 (四)温度的显示 (五)气体的检测 (六)浅层肿瘤的诊断 (七)生物性液晶高分子
液晶高分子分子复合材料
液晶高分子分子复合材料的优越性
1. 增强效果更大 2. 优异的力学性能、高温稳定性和高耐热性、经
济性
3. 协同效应 4. 易成型加工,无需要特别加工设备 5. 应用前景广阔
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液晶高分子聚合物是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LCP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。
高分子液晶是一种性能介于液体和晶体之间的一种 有机高分子材料,它既有液体的流动性,又有晶体 结构排列的有序性。
事实上,物质存在两种基本的有序性:取向有序和 平移有序。
液晶高分子(LCP)及其应用
液晶高分子(LCP)及其应用
摘要:液晶高分子是近几十年来迅速兴起的一类高分子材料,由于其本身具有高一系列优异的综合性能以及与信息技术、新材料和生命科学相互促进作用,已成为材料研究的热点之一。本文简要介绍了液晶高分子的类型、特性、主要应用以及液晶高分子发展趋势与展望。
关键词:液晶高分子;分类;特性;应用;发展趋势与展望
1 引言
物质在晶态和液态之间还可能存在某种中间状态,此中间状态称为介晶态,液晶是一种主要的介晶态。液晶即液态晶体,既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性[1](如介电常数各向异性,折射率各向异性等)。自从1888年奥地利植物学家F.Reinitzer在合成苯甲酸胆甾醇时发现了液晶后,人们一直从事低分子液晶的研究,直至1941年提出液晶态存在于聚合物体系中,人们才开始进入了对高分子液晶的研究[2]。然而其真正作为高强度、高模量的新型材料,是在低分子中引入高聚物,合成出液晶高分子后才成为可能的。20世纪70 年代DuPont 公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制出商品纤维——Fiber,紧接着纤维Kevlar 的问世及其商品化,开创了液晶高分子(以下简称LCP) 研究的新纪元。然而由于Kevlar 是在溶液中形成需要特定的溶剂,并且在成形方面受到限制,人们便把注意力集中到那些不需要溶剂,在熔体状态下具有液晶性,可方便地注射成高强度工程结构型材及
高技术制品的热致性液晶高分子上。1975 年Roviello阿首次报道了他的研究成果。次年Jackson 以聚酯为主要原料合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶,并取得了专利[3]。而今,LCP 已成为高分子学科发展的重要分支学科,由于其本身具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、良好的介电性、阻燃性等一系列优异的综合性能[4]及与信息技术、新材料和生命科学相互促进作用,已成为材料研究的热点之一。
液晶高分子
高分子液晶的研究
• 液晶高分子将高分子量和液晶相序有机地结合使其具 有一些优异特性。例如,它可以有很高的强度和模量, 或很小的热涨系数,或优秀的电光性质等。 • 研究和开发液晶高分子,不仅可提供新的高性能材料 并导致技术进步和新技术的发生,而且可促进分子工 程学、合成化学、高分子物理学、高分子加工以及高 分子应用技术的发展。此外,由于许多生命现象与物 质的液晶态相关,对高分子液晶态的研究也有助于对 生命现象的理解并可能导致有重要意义的新医药材料 和医疗技术的发现。因此,研究液晶高分子具有重要 意义。
高分子液晶
液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的 高分子。 形成液晶相结构的棒状小分子作为高分子结构单 元的一部分同其它分子链段共同组成高分子链, 那这种高分子就有可能呈现液晶状态。在高分子 液晶中把这种具有一定长径比的结构单元称为 “液晶基元”。液晶基元可以位于在高分子链的 不同位置。
液晶高分子分类
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09塑模631
液晶分子的结构
• 小分子液晶化合物一般可用下式表示: • 式中长方框表示分子中的刚性环状结构,如1,4— 苯基、2,6—茶环、1,4—环已基等;X和Y为刚 性基团上的取代基,可为烷基、烷氧基、硝基、卤 素等;L为两环之间的连接基,可以为酯基、酰胺 基、偶氮基、氧化偶氮基、反式乙烯基等;环与环 之间还可直接相连,如联苯、三联苯等
液晶高分子纤维
液晶高分子纤维
| [<<][>>]作为纤维材料,要求沿纤维轴方向有尽可能高的抗张强度和模量。理论计算指出,如果组成纤维的聚合物分子具有足够高的相对分子质量并且全部沿着纤维轴向取向,可以获得最大的抗张模量与抗张强度。非液晶高分子纤维中,一般存在晶态非晶态两相结构(如图1所示) ,其中的结晶结构一般是由分子链折叠而成的片晶,即使经拉伸也难实现比较完善的轴向取向,纤维中存在较多的结构缺陷和薄弱环节, 力学性能较差。而液晶高分子则不同,在适当的条件下,液晶分子有自动沿分子长轴取向的倾向,体系的粘度系数也表现为各向异性,沿分子长轴方向的粘度系数较其他方向小得多,因而很容易在纺丝过程中形成沿纤维轴高度取向的结构,从而获得优异的力学性能。
芳纶(K evl ar)是最早开发成功并进行工业化生产的液晶高分子纤维,它的高强度、高模量以及优良的耐热性使它在增强材料、防护服装、防燃、高温过滤等方面发挥着重要作用。高分子纤维材料的模量与强度的近似数值然而,科学的发展是无止境的,在对液晶的理论研究及实践不断进步的基础上,人们更有勇气设计与制造强度和模量更高,甚至接近理论极值的新材料。以P BZ和P BO为代表的具有杰出力学性能和耐热性的芳族杂环高分子的研究和开发成功可以说是科学家挑战自我的胜利,是液晶高分子工程最成功的例子之一。如果说
芳纶的发明还有它的偶然性,聚芳族杂环液晶高分子的发明则完全是精心计划和周密分子设计的结果。1961年已经发现的芳杂环高分子聚苯咪唑(P BI)具有很好的耐热性,但其力学性能一般。随后于1977年,美国空军航空实验室推出了高强度、高模量、耐高温的聚苯并噻唑(P BZ)纤维。而几乎与此同时,他们也开展了对聚苯并恶唑(PB O)的研究,可惜的是,美国航天空军实验室没有获得P BO的最终胜利,P BO 的先驱J1F1Wol fe等也没有亲自取得P BO的最后成功。20世纪90 年代后Do w 化学公司与东洋纺合作,成功地生产出了液晶PB O 纤维,并以Z ylo n 的商品名推出。Zyl on具有十分优异的性能,具有2倍于K evl ar的强度和模量,分别达518 GP a 和300 GPa左右,热分解温度达650℃,也只有由液晶高分子制得的纤维才能获得如此接近理论极值的性能。
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。
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。
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。
功能高分子4
溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散,在一定 浓度范围形成的液晶态物质。 除了这两类液晶物质外,人们还发现了在外力 场(压力、流动场、电场、磁场和光场等)作用下 形成的液晶。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,因此属于流致 型液晶。
液晶等等。
按致晶单元与高分子的连接方式,可分为主链
型液晶和侧链型液晶。主链型液晶和侧链型液晶中
根据致晶单元的连接方式不同又有许多种类型。
根据高分子链中致晶单元排列形式和有序性的 不同,高分子液晶可分为近晶型、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。
表4—1 致晶单元与高分子链的连接方式
(3)胆甾型液晶(Cholesteric liquid crystals,Ch)
在属于胆甾型液晶的物质中,有许多是胆甾醇 的衍生物,因此得名。但实际上,许多胆甾型液晶 的分子结构与胆甾醇结构毫无关系。但它们都有导 致相同光学性能和其他特性的共同结构。在这类液 晶中,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。
1.2 高分子液晶及其分类 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,常见的可归纳如下:
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
【学习课件】第四章、液晶高分子材料
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❖ 1、 高分子液晶的结构; (1)几何因素:长径比≧6.4
(2)分子间作用力:有特定基团 (3)链结构:刚、柔结合。(与小分子液晶区别)
根据结构,液晶高分子可分两类:
❖ a 主链型:其分子结构模型 -Z-X-Y-X-Z-
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分类:
根据结构,可分两类:
a 主链型:分子结构模型
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η
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T(℃)
浓度=9.7% M=29700 34
❖ 3、液晶研究和结构表征手段: ❖ a.热台偏光显微镜
可观察液晶色彩变化,透射和折射现象,各 向异性、各向同性的转变 ❖ b.DSC差示扫描量热仪 ❖ c. X-射线衍射器 ❖ d.激光小角散射仪 ❖ e.粘度、密度变化、有关仪器。
决定了液晶高分子材料(如纤维)具有高强度、 耐高温、耐化性等优良性能。
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普通的高分子的粘度随温度升高呈单调指数下降。
粘度η
C
T
粘度随温度和时间的变化曲线
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液晶高分子的粘度随温度和溶液粘度变化的规律很复杂
10 6
10 5
10 4
均相液晶结构
0
5
10
15
c*1 C*2
液晶高分子的分子结构
液晶高分子的分子结构
液晶高分子是一种具有特殊分子结构的高分子材料,其分子结构通常由刚性的芳香环或其他特定结构单元构成。这些单元之间通过共价键或者非共价键(比如氢键、π-π堆积等)相互作用形成特定的排列结构,使得液晶高分子在一定温度范围内表现出液晶相态。
液晶高分子的分子结构可以分为两种常见类型,主链液晶高分子和侧链液晶高分子。主链液晶高分子是指液晶性质由高分子主链上的刚性结构单元提供,而侧链液晶高分子则是指液晶性质由侧链上的液晶基团提供。这两种类型的液晶高分子在分子结构上有所不同,但都具有一定的排列结构和对称性,以及一定的空间取向。
液晶高分子的分子结构对其性能和应用具有重要影响。例如,液晶高分子的分子结构可以影响其液晶相的稳定性、相转变温度范围、机械性能、光学性能等。因此,科学家们通过调控液晶高分子的分子结构,可以实现对其性能的精准调控,从而拓展其在液晶显示、光电器件、传感器等领域的应用。
总的来说,液晶高分子的分子结构是其液晶性质的基础,通过
对分子结构的设计和调控,可以实现对液晶高分子性能的优化和定制化,为其在各种领域的应用提供了广阔的发展空间。
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(2)近晶型晶相液晶(smectic liquid crystal) 通常用符号S表示。
在这类液晶中分子刚性部分互相 平行排列,并构成垂直于分子长 轴方向的层状结构。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。
4
一、高分子液晶的分类与命名
1.根据液晶分子特征分类
柔性部分多由可以自 由旋转的σ键连接起 来的饱和链构成。
形成液晶的物质分子通常由刚性和柔性两部分组成。
刚性部分多由芳香和 脂肪型环状结构构成
主链型高分子液晶:
大多为高强度、高模量材料。 侧链型高分子液晶:也称梳状液晶。
大多为功能性材料。 5
根据刚性部分的形状结合所处位置还可以分成如下几种类型:
与没有高分子化的小分子液晶相比,高分子液晶形成液晶的浓度
范围和温度范围更宽,稳定性更好。
溶液型侧链高分子液晶最重要的应用在于制备各种特殊性能高分
子膜材料和胶囊。
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二、溶液型主链高分子液晶
溶液型主链高分子液晶的刚性结构位于聚合物骨架的主链上。 主要应用在高强高模纤维和薄膜的制备。
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。
三维各向异性的晶体在加热熔融过程中,不完全 失去晶体特征,保持一定有序性构成的液晶。
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二、高分子液晶的分子结构与性质
1.高分子液晶的化学结构
能够形成液晶的物质通常在分子结构中具有刚性部分。从外 型上看,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。在高分子液 晶中这些刚性部分被柔性链以各种方式连接在一起。
单体液晶(monomer liquid crystals,MLCs)
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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。
第四章 液晶高分子材料
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第一节 液晶高分子概述
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液晶(liquid crystals):具有与晶体一样的各向异 性,同时又具有液体的流动性。
聚合物液晶(Polymer Liquid Crystals,PLCs): 将小分子液晶连接成大分子,或者将它们连接到 一个聚合物骨架上,并且仍设法保持其液晶特征, 我们称这类物质为聚合物液晶。
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3.根据形成液晶的条件
热
固体
冷
液晶
固体
பைடு நூலகம்
+溶剂 液晶
- 溶剂
热
冷 +溶剂 - 溶剂
液体 液体
溶液型液晶(lyotropic liquid crystal)(溶致液晶)
液晶分子在溶解过程中在溶液中达到一定浓度 时形成有序排列,产生各向异性特征。
热熔型液晶(thermotropic liquid crystal)(热致液晶)
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(3)胆甾醇型液晶(cholesteric liquid crystal)
构成液晶的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。它们的长轴与 层面平行,而不是垂直。
分子的长轴取向在旋转360度以 后复原,两个取向度相同的最近 层间距离称为胆甾醇型液晶的螺 距。
这类液晶可使被其反射的白光发生色散,透射光发生偏 转,因而胆甾醇型液晶具有彩虹般的颜色和很高的旋光 本领等独特的光学性质,
聚 合反应 CH2 CH(CH2)8COOH
CH CH2 n CH2(CH2)7COOH
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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)。
在常见的液晶中这种刚性结构通常 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。
CN
常见的X:
NN
NO N
R
X
R1
COO
C C 12
2.影响聚合物液晶形态与性能的因素 内在因素:分子结构、分子组成和分子间力。
外在因素: 环境温度和环境组成。
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第二节 高分子液晶的性能分析与合成方法
分类符号
α β γ ζ ε
φ
κ
结构形式
名称
纵向型 垂直型
星型 盘型
注释 如聚酯类液晶 如含有硅氧烷链的聚酯
常带有旋光特性
梳状或E型 盘型梳状
反梳状
如三苯基衍生物可构成 刚性盘
可构成近晶型液晶
θ
平行型
λ
混合型
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ψ
结合型
σ
网型
通常为弹性体
ω
双曲线型
具有特殊的电学性质
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2.按液晶的形态分类 液晶的形态也称液晶相态结构,是指液晶分子在形成 液晶相时的空间取向和晶体结构。 (1)向列型晶相液晶(nematic liquid crystal) 用符号N来表示。
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为了有利于液晶相在溶液中形成,在溶液型液晶分子中 一般都含有双亲活性结构,即结构的一端呈现亲水性, 另一端呈现亲油性。
1.溶液型侧链高分子液晶的合成
对侧链型高分子液晶的合成主要通过在亲水一端或亲 油一端进行聚合反应。
a型
b型
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(1)a型液晶的合成
① 加聚反应:在液晶单体亲油一端连接乙烯基,通过乙 烯基的聚合反应实现高分子化,高分子化后的主链为 聚乙烯。聚合一般通过热引发(采用偶氮异丁腈引发 剂),或者使用光化学引发(采用2,2二甲氧基—2—苯 基苯甲酮作光敏剂),反应机理是自由基历程。