第四章液晶高分子详解
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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。
第四章高分子液晶材料上课版
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。
37
2.影响聚合物液晶形态与性能的因素
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。
29
高分子液晶具有以上四种结构形态，其中，以具有向 列态或近晶态的高分子较多，也是人们较为感兴趣的高 分子液晶。 由于液晶相是一种有序结构，所以，凡是可以用于 有序结构分析的方法都能用来表征液晶性质。例如，偏 光显微镜、X-射线衍射和差热分析等。
如何分析呢？
30
3.根据高分子液晶的形成过程分类
按液晶的形成条件可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致 型液晶、流致型液晶等等。 熔融型液晶形成过程：
第四章高分子液晶材料
1
研究内容
4.1高分子液晶概述 4.2高分子液晶的性能分析与合成方法
4.3高分子液晶的研究和表征方法 4.4高分子液晶的其他性质与应用
2
高分子材料结晶形态
根据结晶条件不同，又可形成多种形态的晶体：单晶、球 晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。 （1）单晶 具有一定几何外形的薄片 状晶体。一般聚合物的单晶只 能从极稀溶液（质量浓度小于 0.01wt%)中缓慢结晶而成。 单晶
其通常采用加成聚合或缩聚反应制备。
47
一、溶致型侧链高分子液晶
1.溶致型侧链高分子液晶的合成
A型液晶的合成
通过加聚反应形成侧链高分子液晶。 通过接枝反应与高分子骨架连接，构成侧链高 分子液晶。
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。
37
2.影响聚合物液晶形态与性能的因素
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。
29
高分子液晶具有以上四种结构形态，其中，以具有向 列态或近晶态的高分子较多，也是人们较为感兴趣的高 分子液晶。 由于液晶相是一种有序结构，所以，凡是可以用于 有序结构分析的方法都能用来表征液晶性质。例如，偏 光显微镜、X-射线衍射和差热分析等。
如何分析呢？
30
3.根据高分子液晶的形成过程分类
按液晶的形成条件可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致 型液晶、流致型液晶等等。 熔融型液晶形成过程：
第四章高分子液晶材料
1
研究内容
4.1高分子液晶概述 4.2高分子液晶的性能分析与合成方法
4.3高分子液晶的研究和表征方法 4.4高分子液晶的其他性质与应用
2
高分子材料结晶形态
根据结晶条件不同，又可形成多种形态的晶体：单晶、球 晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。 （1）单晶 具有一定几何外形的薄片 状晶体。一般聚合物的单晶只 能从极稀溶液（质量浓度小于 0.01wt%)中缓慢结晶而成。 单晶
其通常采用加成聚合或缩聚反应制备。
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一、溶致型侧链高分子液晶
1.溶致型侧链高分子液晶的合成
A型液晶的合成
通过加聚反应形成侧链高分子液晶。 通过接枝反应与高分子骨架连接，构成侧链高 分子液晶。
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。
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
第四章液晶高分子详解
(2)机械性质
特别是拉伸强度和硬度与聚合物分子的取向度有密切 关系。沿长轴方向的拉伸程度越高，聚合物分子的取 向度也越高，因此机械强度也越高。
由于结晶程度高，液晶聚合物的吸潮率很低。
良好的热尺寸稳定性
透气性非常低
4．热熔型主链聚合物的应用
在电子工业中得到应用，制作高精确度的电路多接点 接口部件。
目前大多数热熔型主链液晶是通过酯交换反响制备的，如 乙酰氧基芳香衍生物与芳香羧酸衍生物反响脱去乙酸，反 响在聚合物的熔点以上进行。最典型的代表是聚酯液晶。
例：PET/PHB共聚酯的制备
先合成对乙酰氧基苯甲酸〔PABA〕：
在 275℃和惰性气氛下，PET在PABA的作用下酸解，然后脱去乙 酸，与PABA缩合成共聚酯。
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
② 接枝共聚
③ 缩聚反响
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)。
谢谢大家！
最重要的两种是聚对苯酰胺〔PBA〕和聚对苯二甲酰对苯二胺 〔PPTA〕。在我国分别被称为芳纶14和芳纶1414。
例如：PBA的制备
H N 2
OS O C l2 O S N O H
O H C l N
O H H
O
PBA溶液属于向列型液晶，用它纺成的纤维具有很高的强度，用作 轮胎帘子线。
PPTA具有刚性很强的直链结构，分子间具有很强的氢键， 因此只能溶于浓硫酸中，用它纺成的纤维就是著名的Kevlar 纤维。
液晶高分子材料
液晶高分子材料液晶高分子材料是一类结构复杂、性质卓越的高分子材料，具有液晶性质和高分子特性的综合性材料。
液晶高分子材料的结构由高分子主链和液晶侧链构成，液晶侧链通过伸展和收缩，可以调控高分子主链的排列方式，从而影响材料的物理和化学性质。
液晶高分子材料具有很多独特优势。
首先，它们可以改变液晶分子的排列方式和空间取向，实现自组装和自组织，形成复杂的结构和多级层次组织。
其次，液晶高分子材料具有优异的光电、机械和热学性质，常用于制备液晶显示器、电子产品、名片式显示器等。
另外，液晶高分子材料还可以用于制备新型离子导体、光导体和电子传输材料。
液晶高分子材料的设计和制备需要结合化学、物理、材料科学等多个学科知识。
目前，主要的液晶高分子材料包括液晶聚合物、液晶弹性体、液晶嵌段共聚物、液晶有机-无机杂化材料等。
液晶聚合物是一种高分子链上带有液晶侧链的高分子。
液晶侧链与高分子主链之间通过共价键相互连接，构成一种新型的高分子结构。
液晶聚合物通常采用自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合等方法制备。
液晶聚合物的液晶性质由液晶侧链决定，而机械、热学和光学性质则受到高分子主链的影响。
因此，液晶聚合物的物理和化学性质比较复杂，需要综合考虑多个因素。
液晶弹性体是一种具有液晶和弹性性质的综合性材料。
其结构由液晶分子、高分子主链和交联结构三部分组成，其中液晶分子和高分子主链通过共价键连接，而交联结构通过物理交联相互连接。
液晶弹性体的性质可通过调控液晶分子的排列方式、高分子主链的构型和交联结构的密度来实现。
由于具有液晶和弹性双重性质，液晶弹性体的应用领域非常广泛。
例如，可以用于制作医疗、航空航天和纺织品等材料。
液晶嵌段共聚物是一种由高分子块和液晶块交替排列组成的高分子材料。
液晶块和高分子块通过共价键或非共价键相互连接，构成一种新型的高分子结构。
液晶嵌段共聚物的性质和结构主要受到高分子块和液晶块的比例、序列和空间位置制约。
其物理和化学性质随比例和序列的变化而发生改变。
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
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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。
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溶致LCP
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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。
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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
高分子液晶材料
纤维外,都特别难以燃烧。 如：Kevlar （芳纶纤维）在火焰中有很好的尺寸稳定性,
若在其中添加少量磷等,高分子液晶的阻燃性能更好。
16
（4）电性能和成型加工性优异
高分子液晶的绝缘强度高和介电常数低, 而且两者都很少随温度的变化而变化,并导 热和导电性能低。
由于分子链中柔性部分的存在，其流动 性能好,成型压力低,因此可用普通的塑料加 工设备来注射或挤出成型,所得成品的尺寸 很精确。
而某些物质的晶体受热熔融，或者在溶剂中溶解过程 中，虽然失去了固态的大部分性质，外观呈现液体的流 动性质，但是仍然保留一定分子排列的有序性，具有部 分晶体性质，这种过渡相态被称为液晶态。
3
2、液晶高分子的分类
液晶根据分子量的大小，可以分成小分子液晶和聚合物液 晶。
聚合物液晶是通过柔性聚合物链将小分子液晶连接起来构 成，可以克服小分子液晶稳定性差，机械强度小的缺点。 高分子化的同时还赋予聚合物液晶以其他重要性质。
19
5.2 液晶高分子材料的应用
1. 作为高性能工程材料的应用 （1）电子应用领域（各种插件、开关、集成电路等） （2）军用器械和航空应用领域（防弹衣、飞机外壳） （3）汽车和机械工业应用领域（发动机内各种零部件、密封元件） （4）光纤通讯应用领域（石英玻璃、光导纤维的被覆材料） （5）其他领域（化工设备和装置）
17
四、高分子液晶的表征 高分子液晶的表征是一个较为复杂的问题。结
构上细微的差别常常难以明显地区分，因此，经常 出现对同一物质得出不同研究结论的现象。因此经 常需要几种方法同时使用，互相参照，才能确定最 终的结构。目前常用于研究和表征高分子液晶的有 以下一些手段。
18
➢ X射线衍射法 ➢ 核磁共振光谱法 ➢ 介电松弛谱法 ➢ 热台偏光显微镜法 ➢ 热分析法
若在其中添加少量磷等,高分子液晶的阻燃性能更好。
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（4）电性能和成型加工性优异
高分子液晶的绝缘强度高和介电常数低, 而且两者都很少随温度的变化而变化,并导 热和导电性能低。
由于分子链中柔性部分的存在，其流动 性能好,成型压力低,因此可用普通的塑料加 工设备来注射或挤出成型,所得成品的尺寸 很精确。
而某些物质的晶体受热熔融，或者在溶剂中溶解过程 中，虽然失去了固态的大部分性质，外观呈现液体的流 动性质，但是仍然保留一定分子排列的有序性，具有部 分晶体性质，这种过渡相态被称为液晶态。
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2、液晶高分子的分类
液晶根据分子量的大小，可以分成小分子液晶和聚合物液 晶。
聚合物液晶是通过柔性聚合物链将小分子液晶连接起来构 成，可以克服小分子液晶稳定性差，机械强度小的缺点。 高分子化的同时还赋予聚合物液晶以其他重要性质。
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5.2 液晶高分子材料的应用
1. 作为高性能工程材料的应用 （1）电子应用领域（各种插件、开关、集成电路等） （2）军用器械和航空应用领域（防弹衣、飞机外壳） （3）汽车和机械工业应用领域（发动机内各种零部件、密封元件） （4）光纤通讯应用领域（石英玻璃、光导纤维的被覆材料） （5）其他领域（化工设备和装置）
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四、高分子液晶的表征 高分子液晶的表征是一个较为复杂的问题。结
构上细微的差别常常难以明显地区分，因此，经常 出现对同一物质得出不同研究结论的现象。因此经 常需要几种方法同时使用，互相参照，才能确定最 终的结构。目前常用于研究和表征高分子液晶的有 以下一些手段。
18
➢ X射线衍射法 ➢ 核磁共振光谱法 ➢ 介电松弛谱法 ➢ 热台偏光显微镜法 ➢ 热分析法
第四章高分子液晶材料
8
液晶的发现
液晶现象是1888年奥地利植物学家莱尼茨尔 （F. Reinitzer）在研究胆甾醇苯甲酯时首先观察到 的现象。他发现，当该化合物被加热时，在145℃ 和179℃时有两个敏锐的“熔点”。在145℃时，晶 体 转变为混浊的各向异性的液体，继续加热至179℃ 时，体系又进一步转变为透明的各向同性的液体。
16
表5-1 致晶单元与高分子链的连接方式
液晶类型
结构形式
名称 纵向型 垂直型
主链型
星型
盘型 混合型
17
多盘型
支链型
树枝型
18
梳型 多重梳型 盘梳型 侧链型 腰接型 结合型
网型
19
一、高分子液晶的分类与命名
2.按液晶的形态分类
按分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结构类型：近晶Βιβλιοθήκη 、向列型和胆甾型。—NO2等。
38
2.影响聚合物液晶形态与性能的因素
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。
39
2.影响聚合物液晶形态与性能的因素 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
46
4.2高分子液晶的性能分析与合成方法
一、溶致型侧链高分子液晶
溶致型液晶（lyotropic liquid crystals):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，形成具有晶体性质的聚集体， 此时称这一溶液体系为溶液型液晶。
47
溶致型液晶
溶致型侧链高分子液晶指刚性结构处在聚合物 侧链上，并在溶解过程中形成液晶态的高分子材料。 侧链通常含有两亲结构，即一端亲水、一端亲油， 这样在溶液中有利于分子的有序排列。侧链的任何 一端都可以和聚合物骨架连接，构成梳状液晶分子，
第四章高分子液晶
• 头—头连接和顺式连接使分子链刚性增加， 清亮点较高。头—尾连接和反式连接使分子 链柔性增加，则清亮点降低。
第三节 侧链型液晶高分子材料
一、侧链型液晶高分子的分子设计
大多数侧链型液晶高分子(side chain liquid crystalline polymers，简称SCLCP)是由高分 子主链、液晶基元和间隔基三部分组成。
1．溶致性主链型液晶高分子的分子设计
Contents
天然的(如多肽、核酸、蛋白质、病毒和 纤维素衍生物等)和人工合成的两类。 前者的溶剂一般是水或极性溶剂；后者 的溶剂是强质子酸或对质子惰性的酰胺类 溶剂，并且添加少量氯化锂或氯化钙。 这类溶液出现液晶态的条件是：①聚合物 的浓度高于临界值；②聚合物的分子量高 于临界值；③溶液的温度低于临界值。
4. 信息存储介质
5. 光纤通讯材料
• 光纤被覆材料，抗拉构件，耦合器，连 接器 • 弹性模量比尼龙高1个数量级，线膨胀 系数小1～2数量级 • 光信号传输损耗极低
6.电子电器领域
• LCP有较高的电性能，介电强度比一般工程塑料高，抗电弧 性高，电器应用的UL连续使用温度高达300 ℃ ，间断使用 可到316 ℃ 。 • Xydar的熔点高达421℃，空气中560 ℃才开始分解，其热 变形温度大大高于聚苯硫醚、聚砜、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮 等所有热塑性塑料可在－50～300℃连续使用，并且仍有优 良的抗冲击韧性和稳定性。 • 适于制造各种插件、开关、印刷电路板、线圈架和线圈封装 、集成电路和晶体管的封装成型品、磁带录像机部件、继电 器盒、传感器护套、微型马达的整流子、电刷支架和制动器 材等。 • LCP可用作薄壁并且间隙极小的多路插件
2. 图形显示
• 高分子液晶也有在电场作用下从无序透明态 到有序菲透明态的转变能力 • 可以制成数码显示器、电光学快门、电视屏 幕和广告牌 • 耗电量极低，可以微型化和超薄型化 • 高分子液晶的化学和尺寸稳定性好，低热， 低毒，低成本，但粘度较大使显示转换慢， 应用不多
第三节 侧链型液晶高分子材料
一、侧链型液晶高分子的分子设计
大多数侧链型液晶高分子(side chain liquid crystalline polymers，简称SCLCP)是由高分 子主链、液晶基元和间隔基三部分组成。
1．溶致性主链型液晶高分子的分子设计
Contents
天然的(如多肽、核酸、蛋白质、病毒和 纤维素衍生物等)和人工合成的两类。 前者的溶剂一般是水或极性溶剂；后者 的溶剂是强质子酸或对质子惰性的酰胺类 溶剂，并且添加少量氯化锂或氯化钙。 这类溶液出现液晶态的条件是：①聚合物 的浓度高于临界值；②聚合物的分子量高 于临界值；③溶液的温度低于临界值。
4. 信息存储介质
5. 光纤通讯材料
• 光纤被覆材料，抗拉构件，耦合器，连 接器 • 弹性模量比尼龙高1个数量级，线膨胀 系数小1～2数量级 • 光信号传输损耗极低
6.电子电器领域
• LCP有较高的电性能，介电强度比一般工程塑料高，抗电弧 性高，电器应用的UL连续使用温度高达300 ℃ ，间断使用 可到316 ℃ 。 • Xydar的熔点高达421℃，空气中560 ℃才开始分解，其热 变形温度大大高于聚苯硫醚、聚砜、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮 等所有热塑性塑料可在－50～300℃连续使用，并且仍有优 良的抗冲击韧性和稳定性。 • 适于制造各种插件、开关、印刷电路板、线圈架和线圈封装 、集成电路和晶体管的封装成型品、磁带录像机部件、继电 器盒、传感器护套、微型马达的整流子、电刷支架和制动器 材等。 • LCP可用作薄壁并且间隙极小的多路插件
2. 图形显示
• 高分子液晶也有在电场作用下从无序透明态 到有序菲透明态的转变能力 • 可以制成数码显示器、电光学快门、电视屏 幕和广告牌 • 耗电量极低，可以微型化和超薄型化 • 高分子液晶的化学和尺寸稳定性好，低热， 低毒，低成本，但粘度较大使显示转换慢， 应用不多
液晶高分子.
液晶高分子的应用
8.生物性液晶高分子
细胞膜中的磷脂可形成溶致液晶；构成生命的基础物质 DNA 和RNA 属于生物性胆甾液晶，它们的螺旋结构表现为生 物分子构造中的共同特征，植物中起光合作用的叶绿素也表 现液晶的特性。英国著名生物学家指出：“生命系统实际上 就是液晶，更精确的说，液晶态在活的细胞中无疑是存在 的”。
等。
小分子液晶的结构
分子的中间部分（又称介晶单元）
分子尾端含有较柔性的或可极化的基团 例酯基、氰基、硝基、氨基、卤素等。 除刚棒状分子外，近来发现， 盘状或碟状分子也可能呈液晶 态，如苯-六正烷基羟酸酯
液晶高分子的性能
LCP 的迅速发展与其一系列优异性能密切相关。 其特性如下: 1. 取向方向的高拉伸强度和高模量
[ NH
CO ] n + (n-1) H2O
DMA, LiCl
其中，二甲基乙酰胺（DMA）为溶剂，LiCl为增溶剂。这条路线合 成的产品不能直接用于纺丝，必须经过沉淀、分离、洗涤、干燥后，再 用甲酰胺配成纺丝液。 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。
液晶高分子的应用
3.电子电器领域 LCP 优异的电绝缘性、低热膨胀系数、高耐热性和耐锡焊性等优点, 使其在电子工业中的应用日益扩大。 以表面装配技术和红外回流焊接装配技术为代表的高密度循环加工 工艺，要求树脂能够经受260℃以上的高温，还要求制品薄壁和小型 化，故要求树脂能精密注射、不翅曲和耐焊接，这是一般工程塑料难 以达到的，而Vectra、Xydar类LCP 可满足这些要求。目前发达国家 电子工业中将LCP 用来制作接线板、线圈骨架、印刷电路板、集成电 路封装和连接器，此外还用作磁带录象机部件、传感器护套和制动器 材等。
2024版《液晶高分子》ppt课件
《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。
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。
高分子液晶解析
高分子液晶
(Liquid Crystal Polymer, LCP)
1
用途广泛的液晶高分子
对位芳香族聚酰胺Kevlar
2
用途广泛的液晶高分子
Wine Thermometer Collar
3
用途广泛的液晶高分子
显示材料
4
液晶的基本概念
物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式 存在，即常说的三相态。在外界条件发生变化时 （如压力或温度发生变化），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。
构成上面三种液晶的分子其刚性部分均呈长棒型。现在发 现，除了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。
17
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。
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。
16
液晶的分类
层内分子排列与向列型类似，而相邻两层间，分子长轴的 取向依次规则地扭转一定的角度，层层累加而形成螺旋结构。 分子长轴方向在扭转了360°以后回到原来的方向。两个取向 相同的分子层之间的距离称为螺距，是表征胆甾型液晶的重要 参数。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。
(Liquid Crystal Polymer, LCP)
1
用途广泛的液晶高分子
对位芳香族聚酰胺Kevlar
2
用途广泛的液晶高分子
Wine Thermometer Collar
3
用途广泛的液晶高分子
显示材料
4
液晶的基本概念
物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式 存在，即常说的三相态。在外界条件发生变化时 （如压力或温度发生变化），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。
构成上面三种液晶的分子其刚性部分均呈长棒型。现在发 现，除了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。
17
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。
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。
16
液晶的分类
层内分子排列与向列型类似，而相邻两层间，分子长轴的 取向依次规则地扭转一定的角度，层层累加而形成螺旋结构。 分子长轴方向在扭转了360°以后回到原来的方向。两个取向 相同的分子层之间的距离称为螺距，是表征胆甾型液晶的重要 参数。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。
液晶高分子
14
3 应用
生物性液晶高分子 细胞膜中的磷脂可形成溶致型液晶；构成生命的基 础物质ＤＮＡ和ＲＮＡ属于生物性胆甾液晶，它们的螺 旋结构表现为生物分子构造中的共同特征；植物中起光 合作用的叶绿素也表现液晶的特性。英国著名生物学家 指出：“生命系统实际上就是液晶，更精确地说，液晶 态在活的细胞中无疑是存在的”。
19
谢谢大家参与
20
4
1 概述
分类 近晶型 液晶高分子在空间排列的有序性 向列型 胆甾型 碟型 主链型 液晶基元在分子中所处的位置 链型 肧型 液晶尒寶尹的 肧型 寗
5
液晶 高 分 子
寗
1 概述
向列型： 向列相是最简单的液晶相，此类液晶的棒状分子之 间只是互相平等排列。但它们的重心排列是无序的，在 外力作用下发生流动，很容易沿流动方向取向，并且互 相穿越。因此，此类型液晶具有相当大的流动性。向列 相液晶又分为单轴向列相液晶和双轴向列相液晶。 近晶型： 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，互相平等排列 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 层片方向的流动刚要困难。因些，近晶型液晶一般在各 个方向都是非常粘滞的。
17
3 潜在应用
人工智能 Ｙu Ｙanlei等报道了改变偏振光的波长和方 向能使液晶弹性体在不同方向上进行可逆地卷缩 和舒展的机械效应，可望用于微米或纳米尺寸的 高速操控器，如微型机器人和光学微型镊子。
18
4 展望
如前所述，作为功能材料，ＬＣＰ具有很多突出的 优点，但高价格限制了它的普及。由于ＬＣＰ作为一种 较新的高分子材料，人们对它的认识还不足，但可以肯 定在不远的将来，ＬＣＰ的应用会愈来愈广泛，对人类 的生存和发展做出新的贡献。
液晶高分子研究生课件精彩
05
液晶高分子材料性能优化策略
Chapter
改性方法论述
01
化学改性
通过引入特定官能团或改变分子 链结构，改善液晶高分子的溶解 性、加工性和稳定性。
物理改性
02
03
纳米技术改性
运用共混、复合等技术，将液晶 高分子与其他材料相结合，以获 得优异的综合性能。
利用纳米粒子或纳米结构对液晶 高分子进行改性，提高其力学、 光学等性能。
04
液晶高分子材料应用领域探讨
Chapter
显示器件中应用
1 2 3
液晶显示屏
液晶高分子材料在液晶显示屏中作为光学薄膜， 能够控制光的透过和阻断，实现图像和文字的显 示。
有机电致发光显示
液晶高分子材料可作为有机电致发光显示中的发 光层或载流子传输层，提高器件的发光效率和稳 定性。
柔性显示
液晶高分子材料具有良好的柔性和可弯曲性，可 用Байду номын сангаас制造柔性显示屏，应用于可穿戴设备、智能 手机等领域。
提高液晶高分子对光、热、氧化 等环境因素的稳定性，延长其使 用寿命和应用范围。
06
液晶高分子前沿研究领域展望
Chapter
新型液晶高分子材料设计
01
基于生物启发的液晶高分子设计
借鉴自然界中的生物结构，设计具有优异性能和功能的液晶高分子材料
，如仿生液晶弹性体、生物兼容性液晶高分子等。
02
多功能液晶高分子材料
THANKS
感谢观看
液晶高分子研究生课件精彩
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技术 • 液晶高分子材料应用领域探讨 • 液晶高分子材料性能优化策略 • 液晶高分子前沿研究领域展望
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10
3.根据形成液晶的条件
热
固体
冷
液晶
固体
+溶剂 液晶
- 溶剂Biblioteka 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）
9
(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，
刚性部分只保持着一维有序性， 液晶分子在沿其长轴方向可以相 对运动，而不影响晶相结构。因 此在外力作用下可以非常容易沿 此方向流动，是三种晶相中流动 性最好的一种液晶。
8
(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：
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。
13
第二节 高分子液晶的性能分析与合成方法
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。
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
6
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
7
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。
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。
第四章 液晶高分子材料
4
1
第一节 液晶高分子概述
2
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。
14
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
15
(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。
聚 合反应 CH2 CH(CH2)8COOH
CH CH2 ｎ CH2(CH2)7COOH
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)。
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。
19
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。
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。
11
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。
3.根据形成液晶的条件
热
固体
冷
液晶
固体
+溶剂 液晶
- 溶剂Biblioteka 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）
9
(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，
刚性部分只保持着一维有序性， 液晶分子在沿其长轴方向可以相 对运动，而不影响晶相结构。因 此在外力作用下可以非常容易沿 此方向流动，是三种晶相中流动 性最好的一种液晶。
8
(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：
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。
13
第二节 高分子液晶的性能分析与合成方法
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。
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
6
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
7
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。
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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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。
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)。
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。
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。