利用柔性单体构筑液晶高分子
第四章液晶高分子详解
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。
液晶高分子发展前景分析
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目录
• 液晶高分子简介 • 液晶高分子发展历程 • 液晶高分子市场分析 • 液晶高分子技术发展趋势 • 液晶高分子面临的挑战与机遇 • 液晶高分子未来展望
01
液晶高分子简介
液晶高分子定义
01
液晶高分子是一种特殊的高分子 材料，具有在一定温度范围内表 现出液晶态的特性。
环保
液晶高分子材料在环保领域的 应用前景包括水处理、空气净
化等。
对液晶高分子发展的建议与展望
加强基础研究
推动产学研合作
加强液晶高分子材料的基础研究，深入了 解其结构与性能之间的关系，为新材料的 开发提供理论支持。
加强产学研合作，促进液晶高分子材料的 科技成果转化，推动产业的发展。
培养专业人才
拓展应用领域
液晶高分子市场空间广阔
液晶显示技术广泛应用于电视、电脑、手机、平板等电子产品，以及汽车、航 空航天、医疗等领域。随着这些领域的不断发展，液晶高分子市场空间将更加 广阔。
液晶高分子市场结构
液晶高分子市场主要由液晶显示面板、液晶材料和液晶聚 合物等细分市场构成。其中，液晶显示面板市场占比最大 ，但液晶材料和液晶聚合物等细分市场也有较大的发展空 间。
液晶高分子领域的技术发展相对缓慢 ，部分原因在于该领域涉及的专利保 护和技术壁垒，导致新技术的研发和 应用受到限制。
生产成本高
液晶高分子的生产过程复杂，需要精 确控制温度、压力等条件，导致生产 成本较高，限制了其在某些领域的应 用。
政策环境与机遇
政策支持
随着国家对新材料产业的重视，液晶高分子领域的政策支持力度不断加大，为行业发展提供了有力保 障。
液晶高分子市场结构将不断优化：随着技术的不断进步和 市场需求的不断变化，液晶高分子市场结构将不断调整和 优化，以适应市场的变化和满足用户的需求。
功能“甲壳”型液晶高分子的研究进展
第３７卷㊀第２期２０２２年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３７㊀N o ．２㊀F e b ．２０２２㊀㊀收稿日期:２０２１Ｇ１１Ｇ２６;修订日期:２０２１Ｇ１２Ｇ０８．㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(N o ．２１９７５２１５,N o ．２２１７５１４９);湖南省教育厅科学研究重点项目(N o ．１９A ４８６)S u p p o r t e db y Na t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (N o ．２１９７５２１５,N o ．２２１７５１４９);S c i e n t i f i cR e Ｇs e a r c hF o u n d a t i o no fH u n a nP r o v i n c i a l E d u c a t i o nD e pa r t m e n t (N o ．１９A ４８６)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :x h l ２００４０７３１＠１６３．c o m文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２２)０２Ｇ０１６９Ｇ１７功能 甲壳 型液晶高分子的研究进展吴伯熙,骆支旺,邓㊀媛,王㊀平,谢鹤楼∗(湘潭大学化学学院,湖南湘潭４１１１０５)摘要: 甲壳 型液晶高分子是一类具有侧链液晶高分子的结构,同时表现出主链液晶高分子性质的液晶高分子.该类液晶高分子具有不同的有序结构,同时表现出优异的结构稳定性和物理性能,使得其在功能材料方面具有广泛的应用.本文总结了近年功能型 甲壳 型液晶高分子的设计与合成㊁结构与性能等方面的最新进展,所涉及领域包括高温热塑性弹性体㊁聚合物电解质㊁光致发光液晶㊁聚合物电致发光㊁聚合物太阳能电池,并对其进一步发展做了展望.关㊀键㊀词: 甲壳 型液晶高分子;高温热塑性弹性体;聚合物电解质;光致发光液晶;聚合物电致发光;聚合物太阳能电池中图分类号:O ７５３＋．２㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/C J L C D．２０２１Ｇ０３０１R e c e n t p r o g r e s s o f f u n c t i o n a lm e s o g e n Ｇj a c k e t e d l i q u i d c r y s t a l p o l ym e r s WU B o Ｇx i ,L U OZ h i Ｇw a n g ,D E N G Y u a n ,WA N GP i n g,X I E H e Ｇl o u ∗(C o l l e g e o f C h e m i s t r y ,X i a n g t a nU n i v e r s i t y ,X i a n gt a n ４１１１０５,C h i n a )A b s t r a c t :T h e M e s o g e n ＧJ a c k e t e d l i q u i d c r y s t a l p o l y m e r s (M J L C P s )s i m u l t a n e o u s l y sh o wt h e s t r u c Ｇt u r e s o f s i d e Ｇc h a i nl i q u i dc r y s t a l p o l y m e r sa n dt h e p r o p e r t i e so fm a i n Ｇc h a i nl i q u i dc r y s t a l p o l y m e r ,w h i c he x h i b i t d i f f e r e n t o r d e r e ds t r u c t u r e ,e x c e l l e n t s t r u c t u r ea b i l i t y a n d p h y s i c a l p r o p e r t y．T h e p e r Ｇf o r m a n c e sm a k e t h e m w i d e l y a p pl i c a t i o n i n f u n c t i o n a lm a t e r i a l s ．T h i sw o r k s u mm a r i z e s t h e l a t e s t d e Ｇv e l o p m e n t s i n t h e d e s i g na n ds yn t h e s i so fM J L C P sa s f u n c t i o n a lm a t e r i a l s i nr e c e n t y e a r sa sw e l l a s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s t r u c t u r e s a n d p e r f o r m a n c e s ,i n c l u d i n g h i g h Ｇt e m p e r a t u r e t h e r m o p l a s t i c e l a s Ｇt o m e r s ,p o l y m e r e l e c t r o l y t e s ,p h o t o l u m i n e s c e n t l i q u i d c r y s t a l ,p o l ym e r e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ,a n d p o l Ｇy m e r s o l a r c e l l s ,a n d t h e p r o s p e c t o f t h e i r f u r t h e r d e v e l o p m e n t i s a l s o g i v e n ．K e y wo r d s : M e s o g e n ＧJ a c k e t e d l i q u i d c r y s t a l p o l y m e r ;h i g h Ｇt e m p e r a t u r e t h e r m o p l a s t i c e l a s t o m e r s ;p o l y m e r e l e c t r o l y t e s ;p h o t o l u m i n e s c e n t l i q u i d c r y s t a l ;p o l y m e r e l e c t r o l u m i n e s c e n c e ;p o l ym e r s o l a r c e l l s １㊀引㊀㊀言㊀㊀液晶高分子具有高强度㊁高模量㊁耐高温㊁良好的介电性等一系列优异的综合性能,因此常被应用在自增强塑料㊁高性能纤维㊁电子器件㊁航空航天等领域[１Ｇ２].根据液晶基元与主链的连接方式不同,传统的液晶高分子可以分为主链型和侧链型.前者的液晶基元处于聚合物链当中,分子结构具有较大的刚性,因而具有较高的玻璃化温度以及模量;后者的液晶基元则是悬垂于侧链之上,通常具有很大的柔性,使得液晶基元对于外场响应迅速.对于侧链型液晶高分子,其液晶基元与主链之间需要适当的柔性间隔基才能形成液晶,对于该现象当时没有得到很好的解释.１９７８年,F i n k e l m a n n等人提出了 柔性间隔基去偶合理论[３],使得该问题得到很好的解释,并在随后的侧链型液晶高分子的发展中起到了指导作用.１９８７年,周其凤等人发现对于侧链液晶高分子中液晶基元只通过一个共价键或很短的间隔基也能形成液晶,并以此为基础提出 甲壳 型液晶高分子(M e s o g e nＧJ a c k e t e dL i q u i dC r y s t a lP o l yＧm e r s,M J L C P s)的概念[４].在M J L C P s中,其侧基与高分子主链紧密相连,由于大体积㊁高密度侧基的体积排斥作用,整个高分子链被迫采取较伸展的构象,使得其整体作为液晶基元从而产生液晶相.由于这些刚性液晶基元包覆在柔性主链周围㊁形同甲壳,因而称其为 甲壳 型液晶高分子.由此可见,柔性间隔基在构筑侧链液晶高分子时并非必要条件.随着对M J L C P s的不断研究,其发展由最初的分子结构设计与合成,转向为功能型M J L C P s 的构筑.本文总结了M J L C P s的分子设计与结构,以及M J L C P s在不同功能领域中的应用,包括耐高温热塑性弹性体㊁聚合物电解质㊁光致发光液晶㊁聚合物电致发光㊁太阳能电池等方面的应用.２㊀M J L C P s的分子设计与结构M J L C P s在结构上属侧链型液晶高分子,性质上更接近主链型液晶高分子.庞大的侧基使得这类液晶高分子普遍具有较高的玻璃化转变温度(T g)及清亮点,且在T g以上生成稳定的液晶相结构.在剪切作用下可形成刚性链高分子特有的条带织构,这也说明其相关性质与主链型液晶高分子相似[５].由于这种独特的 甲壳 效应,使得这类液晶高分子可以形成多种液晶相结构(图１),如柱状相(C o l u m n a r p h a s e s)和近晶相(S m e c t i c p h a s e s)[６].聚合物P１(图２)是首次报道的M J L C P s[４],在室温下,它是一种白色的粉末,但在１４０~图１㊀棒状或者片状M J L C P形成的柱状相或近晶相示意图F i g．１㊀S c h e m a t i c o f c o l u m n a r o r s m e c t i c p h a s e sf o r m e db y M J L C Pr o d s o r t a b l e t s１８０ħ会形成稳定的液晶相.随着对结构与性质之间关系的认识不断加深,Z h o u等人又开发出了一系列完全不含间隔基的M J L C P s(如图２),包括乙烯基氢醌型[７]㊁乙烯基对苯二胺型[８]㊁乙烯基对苯二甲酸型[９Ｇ１０]㊁乙烯基对三联苯型[１１]以及不含传统液晶基元的新型液晶高分子[１２Ｇ１５].图２㊀各种 甲壳型 液晶高分子的结构式F i g．２㊀S t r u c t u r e so fv a r i o u s＂M e s o g e nＧJ a c k e t i n g＂l i q u i d c r y s t a l p o l y m e r s通常,棒状液晶基元必须含有两个或更多的１,４Ｇ亚苯基,以满足液晶基元所必须具有的各向异性和刚性[１３].然而,P６这类M J L C P s不含刚性液晶基元,它的侧基是柔性的环烷烃甚至直链烷烃,因此,侧基的刚性和极性不能作为简单解释液晶性的判据.M J L C P s的特性使得含柔性侧基的单体产生液晶性成为可能.利用M J L C P s的特性,可以在其基础上对液晶基元进一步修饰,从而得到相结构更加复杂的液晶高分子[１６].本课题组报道了一种基于 甲壳０７１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀型液晶的主链/侧链型液晶高分子[１７].得到的这种P ７可表现出双轴取向(图３),在熔点时,表现出近晶E 相(S m E ),随着温度的逐渐上升,近晶E 相逐渐消失,转为近晶A 相(S m A ),最后进入各向同性相.前者归因于主链的二维矩形取向的超分子堆积,后者则是由于侧链的联苯基团的堆积.这也说明,对侧基进行适当的修饰,可以在保留M J L C P s 特性的前提下,赋予其新的特性.图３㊀(a )P ７分子的结构式;(b )P ７的模型侧视图,表明其具有双轴取向[１４].F i g．３㊀(a )C h e m i c a l s t r u c t u r eo fP ７;(b )M o d e l s i d e v i e wo f t h eP ７,s h o w i n g th eb i a x i a l o r i e n t a t i o n o f P ７[１４]．３㊀耐高温热塑性弹性体热塑性弹性体(T h e r m o pl a s t i cE l a s t o m e r s )由于具有独特的物理和机械性能,素有 第三代合成橡胶 之称.苯乙烯Ｇ丁二烯Ｇ苯乙烯三元共聚物(S t y r e n e ＧB u t a d i e n e ＧS t y r e n e ,S B S )则是一种最典型的热塑性弹性体,它由聚苯乙烯作为硬段,聚丁二烯作为软段,这种软硬交替的结构使其具有很好的抗张强度㊁弹性㊁耐磨性以及抗疲劳性等优点.然而,硬段的聚苯乙烯在高温下很容易软化,这限制了S B S 在高温环境中的应用[１８Ｇ１９].为此,设计及合成耐高温的弹性体引起了广泛关注.Z h a n g 等人[２０]利用M J L C P s 具有刚性的链结构以及高的玻璃化转变温度等特点,制备了一系列组成比例不同的液晶热塑性弹性体P ８(图４(a )),其相较于传统的S B S ,具有更高的热稳定性图４㊀(a )P ８的化学结构式;(b ),(c )分别为M ＧB ＧM Ｇ４８和M ＧB ＧM Ｇ５５在第一次加热和随后的冷却过程中的１D WA X S 图;(d )M ＧB ＧM Ｇ５５样品(实线)及其在１６０ħ退火处理３０m i n 后(虚线)的样品(A )的动态力学分析[２０].F i g．４㊀(a )C h e m i c a l s t r u c t u r eo fP ８;(b ),(c )１D WA X S p r o f i l e so f M ＧB ＧM Ｇ４８a n d M ＧB ＧM Ｇ５５d u r i n g t h ef i r s the a t i n g a n dt h es u b s e qu e n t c o o l i n gp r o c e s s ;(d )D MAr e s u l t s o fM ＧB ＧM Ｇ５５o f t h ea s Ｇp r e p a r e ds a m pl e (s o l i d )a n dt h e s a m p l e a f t e r a n n e a l i n g at １６０ħ(d a s h e d )f o r ３０m i n [２０]．１７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴伯熙,等:功能 甲壳 型液晶高分子的研究进展以及更强的机械性能.其硬段由 甲壳 型液晶高分子聚{２,５Ｇ双[(４Ｇ甲氧基苯基)氧羰基]苯乙烯}(P M P C S )组成,其玻璃化转变温度为１２０ħ;软段则由聚丁二烯(P B )组成,其低的缠结度使其具有很好的弹性.这种M ＧB ＧM 三元嵌段共聚物表现出M J L C P s 典型的液晶度的分子量依赖性,只有当P M P C S 的含量足够时,才会形成稳定的柱状液晶相结构(图４(b ),(c )).经过退火后,可以形成很好的层状结构,极大地增强了这种弹性体的机械性能.动态力学分析(D MA )结果表明(图４(d )),只有当P M P C S 达到一定含量时,其才能在更高的温度保持弹性而不进入液流区.这说明引入M J L C P s 是一种高效地提高热塑性弹性体机械性能的方法.图５㊀(a )P ９的化学结构式;(b ),(c )分别为V ＧB ＧV Ｇ３３和V ＧB ＧV Ｇ５５在第一次加热和随后的冷却过程中的１D WA X S 图;(d )V ＧB ＧV Ｇ５５的动态力学分析[２１].F i g．５㊀(a )C h e m i c a l o f s t r u c t u r e o fP ９;(b ),(c )１D WA X S p r o f i l e so f V ＧB ＧV Ｇ３３a n d V ＧB ＧV Ｇ５５d u r i n g t h ef i r s the a t i n g a n dt h es u b s e qu e n t c o o l i n gp r o c e s s ;(d )D MA r e s u l t so f V ＧB ＧV Ｇ５５[２１]．为了得到使用温度更高的热塑性弹性体,Z h a n g 等人[２１]通过改变侧基液晶基元,得到一种耐高温性更好的热塑性弹性体P ９(图５(a)).该聚合物的硬段为M J L C P s 聚(４ Ｇ(甲氧基)Ｇ２Ｇ乙烯基联苯Ｇ４Ｇ甲基醚)(P MV B P ),而软段由P B 构成.其中,P MV B P 具有比P M P C S 更高的玻璃化转变温度,即使在２７０ħ下,仍可以保持稳定的液晶相结构,极大地提高了这种热塑性弹性体的高温稳定性和机械强度.对于这种V ＧB ＧV 型的三元嵌段共聚物,只有当P MV B P 达到一定含量时,才会产生稳定的柱状向列液晶相(图５(b ),(c )).D MA 结果可以明显地看出,V ＧB ＧV Ｇ５５即使在２７０ħ下也不会进入液相流动区,仍然保持着一定的弹性,这归因于P MV B P 在高温下可以产生柱状向列液晶相,液晶相的形成使其保持较高的模量(图５(d )).然而,随着P MV B P 含量的进一步增加,该嵌段共聚物则更多地表现出塑性.经退火处理后,同样可以形成良好的层状结构,从而提高它的机械性能.４㊀聚合物电解质锂离子电池作为一种二次电池,具有容量大㊁工作电压高㊁寿命长等优点[２２],它成为了当今社会最为重要的储能装备.然而,以液态有机溶剂作为电解质的锂离子电池在使用过程中很容易出现漏液和胀气的问题[２３];因此,开发固态电解质具有重要的意义.聚合物电解质由于具有高柔性㊁易加工㊁密度小㊁不易燃等优点,受到了广泛的关注[２４].为了给锂离子提供高效的传输通道,聚合物电解质除了必须具有好的离子配位的能力,还必须有很好的链运动能力.液晶高分子兼具晶体的有序性和液体的流动性,使得其在聚合物电解质的应用中得到广泛的关注.Q u 等人[２５]合成了一种乙烯基三联苯型的 甲壳 型聚合物电解质(M e s o g e n ＧJ a c k e t e dP o l yＧe l e c t r o l yt e s )P １０(图６(a )),其侧基由于含有磺酸基团,因而可以离子化而产生导电性.小角X 射线衍射实验表明,该类聚合物本体表现出近晶A相(图６(b )).而光散射结果表明,它的临界交叠质量分数为０．８％,在稀溶液下,它的链构象表现为圆柱形,持续长度的变化符合蠕虫状链模型(W o r m l i k eC h a i nM o d e l),且随着盐浓度的增加,２７１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀由于 甲壳 效应,疏水性的聚合物链会产生聚集而导致持续长度的略微减小.图６㊀(a )P １０的化学结构式;(b )P ２７的小角X 射线衍生图[２５].F i g．６㊀(a )C h e m i c a ls t r u c t u r eo fP １０;(b )S A X S pr o f i l e o fP ２７i nb u l k [２５]．聚合物电解质在产生微相分离后,可以为离子的传输提供一条高效的通道,从而使其具有很高的离子导电率.P i n g 等人[２６]报道了一种锂盐掺杂的含有刚性侧链的两亲性交替共聚合物刷(A l t e r n a t i n g C o p o l y m e r B r u s h e s ,A C P B s )P １１(图７(a )),该类聚合物同时具有刚性的P M P C S 和柔性的聚环氧乙烷(P E O )侧链,前者是一种常用的M J L C P s ,它的引入可以提高共聚物的机械强度;后者则是一种常用的聚合物电解质,在锂离子的传输中起着主导作用.１D WA X D 结果表明,只有当共聚物中P M P C S 的含量足够高时,无锂盐掺杂的A C P B s 才具有和P M P C S 相似的柱状液晶相结构(图７(c )).在掺杂了锂盐之后,不论聚合物组成比例如何,都可以产生微相分离而形成层状结构(图７(d )),而且随着锂盐掺杂含量的增加,其离子导电率也会增加.除此之外,温度的升高也会使其离子导电率增加,这是由于在高温下聚合物链有着更高的运动能力,产生了更加有序的结构.为了得到具有更高离子导电率的聚合物电解质,P i n g 等人[２７]进一步合成了一种含刚性侧链的嵌段共聚合物(B l o c kc o p o l ym e r s ,B C P s )P １２(图８(a )),该类共聚物以降冰片烯为主链结构,包含了具有 甲壳 效应的刚性P M P C S 和柔性P E O侧链.该类聚合物相比之前的A C P B s 有着更宽的液晶区间(图８(c)).锂盐掺杂之后也产生微图７㊀(a )P １１的化学结构式;(b )锂盐诱导A C P B 微相分离的示意图;(c )P M P C S ２８Ｇa l t ＧP E O ２２的１D WA X D 图;(d )室温下,P M P C S ２８Ｇa l t ＧP E O ２２在不同锂盐掺杂比例下的SA X S 图[２６].F i g．７㊀(a )C h e m i c a l s t r u c t u r e o f P １１;(b )S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no ft h el i t h i u m s a l t Ｇi n Ｇd u ce dm i c r o p h a s es e p a r a t i o no fA C P B s ;(c )１D WA X D p r of i l e so fP M P C S ２８Ｇa l t ＧP E O ２２;(d )S A X S p r o f i l e so fP M P C S ９Ｇa l t ＧP E O ２２at d i f f e r e n td o p i n g r a t i o sa ta m b i e n tt e m pe r a Ｇt u r e [２６]．相分离而导致层状结构的产生(图８(d)),而且当P M P C S 和P E O 的聚合度相当时,这种层状结构会变得更加规整,且随着温度的上升,其离子导电３７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴伯熙,等:功能 甲壳 型液晶高分子的研究进展图８㊀(a)P１２的化学结构式;(b)锂盐诱导B C P s微相分离的示意图;(c)g P E O２４ＧbＧg P M P C S２３的１D WA X D图;(d)室温下,g P E O２４ＧbＧg P M P C S２３在不同锂盐掺杂比例下的S A X S图[２７].F i g．８㊀(a)C h e m i c a l s t r u c t u r e o f P１２;(b)S c h e m a t i c i l l u s t r a t i o no ft h el i t h i u m s a l tＧi nＧd u ce d m i c r o p h a s e s e p a r a t i o n o ft h e B C P s;(c)１D WA X D p r o f i l e s o f g P E O２４ＧbＧg P M P C S２３;(d)S A X S p r o f i l e s o f g P E O２４ＧbＧg P M P C S２３a t d i f f e r e n t d o p i n g r a t i o s a ta mb i e n t t e m p e r a t u r e[２７]．率也会增加,在２００ħ时达到最大值.因此,该类聚合物不仅有着出色的耐高温性,而且其离子导电率也比上述的A C P B s具有较大的提升.尽管上述聚合物电解质有着出色的高温离子图９㊀(a)P１３的化学结构式;(b)锂盐诱导P N b F P３０ＧbＧP N b P E O３７自组装的示意图;(c)P N b F P３０ＧbＧP N b P E O３７及其配合物在室温下的WA X S图;(d)在I L质量分数为１００％下,B C P/L i T F S I/I L配合物在不同温度下的离子导电率σ[２８],其中I L为１Ｇ乙基Ｇ３Ｇ甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐.F i g．９㊀(a)C h e m i c a l s t r u c t u r eo fP１３;(b)S c h e m a t i ci l l u s t r a t i o no ft h el i t h i u m s a l tＧi n d u c e ds e l fＧa sＧs e m b l i n g b e h a v i o r o f t h e P N b F P３０ＧbＧP N b P E O３７;(c)W A X S p r o f i l e so fP N b F P３０ＧbＧP N b P E O３７a n d i t s c o m p l e x a t a m b i e n t t e m p e r aＧt u r e;(d)U n d e r t h e I L m a s s f r a c t i o n o f１００％,t h e i o n i cc o n d u c t i v i t yσo f t h eB C P/L i T F S I/I Lc o m p l e x a td i f fe r e n t t e m p e r a t u r e s[２８],w h e r e I Li s１Ｇe t h y lＧ３Ｇm e t h y l i m i d a z o l eb i s(t r i f l u o r o m e t hＧa n e s u l f o n)i m i d e s a l t．４７１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀导电率,但是它在室温时的离子导电率却很低.为此,W u等人[２８]通过对这种嵌段共聚物刷的结构进行了优化,得到了一种可以在更广的温度区间内保持高离子导电率的嵌段共聚物P１３(图９(a)).通过引入具有 甲壳 型液晶性的刚性侧链,可以增强共聚物的机械性能和热稳定性;同时,在刚性侧链上接入较长的烷基链作为尾链,可以稳定它的液晶相结构,而这也使得其能在很宽的温度区间中保持高的离子导电率.１D WA X D 的结果表明,无论是否掺杂了锂盐,该嵌段共聚物都可以形成稳定的向列型液晶相(图９(c)).同时,随着锂盐的加入,会产生微相分离而产生层状甚至六方柱状结构,这使其具有更出色的离子传输能力.稳定的液晶相和出色的离子传输能力,使得这种嵌段共聚物在更广的温度区间中都有着较好的离子导电能力(图９(d)).５㊀光致发光液晶高分子光致发光液晶高分子结合了发光特性与液晶的有序性,在液晶显示㊁传感器以及光信息储存等方面具有潜在应用[２９Ｇ３２],该类材料构筑的器件常常具有更深的颜色饱和度㊁更广的视角㊁更高的对比度和更低的能耗等特点,因而近年来受到了广泛关注.在构筑光致发光液晶高分子时,传统的生色团作为侧基聚合后,很容易发生聚集而导致荧光的猝灭(A g g r e g a t i o n C a u s e d Q u e n c h i n g, A C Q)[３３Ｇ３４],因此很难兼顾发光和液晶分子的有序堆积.聚集诱导发光(A g g r e g a t i o n I n d u c e dEＧm i s s i o n,A I E)这一现象的发现[３５Ｇ３６],使得该问题迎刃而解.利用具有A I E活性的分子作为侧基来构筑光致发光液晶高分子,可以有效解决液晶的有序堆积与A C Q之间的矛盾.本课题组利用典型的A I E活性分子四苯乙烯(T P E)作为侧基引入到聚乙烯基对苯二甲酸酯中,从而得到了一系列的发光M J L C P sP１４~P１９(图１０(a)),得到的聚合物不仅表现出典型的A I E特性,而且还有着稳定的液晶相结构[３７]. P１４~P１９能表现出双折射现象(图１０(b)),说明形成了稳定的液晶相结构.通过引入不同长度的间隔基,控制T P E与乙烯基对苯二甲酸酯之间的间隔,不仅可以调控光致发光液晶高分子的液晶相结构,还可以调控其发光强度.１D WA X D结图１０㊀(a)P１４~P１９的化学结构式;(b)P１４~P１９在１４０ħ下的织构图;(c)P１５~P２０的量子产率与间隔基长度的关系[３７].F i g．１０㊀(a)C h e m i c a ls t r u c t u r eo fP１４~P１９;(b)T e x t u r e s o fP１５~P２０a t１４０ħ;(c)R e l aＧt i o n s h i p o fP１４~P１９b e t w e e nt h e q u a n t u my i e l d s a n d t h e s p a c e r l e n g t h[３７]．果表明,P１４~P１６的液晶相结构表现为近晶A 相,而P１７~P１９则表现为六方柱状相;并且随着间隔基的增长,它们的量子产率逐渐降低.这是因为随着链的增长,外围的T P E分子的运动能力增强,更容易绕聚合物主链排列;运动能力的增强也会使得单重态激子的非辐射跃迁增强,从而导致量子产率的降低.如前所述,随着间隔基的缩短,该类具有A I E 效应的M J L C P s的发光强度也逐渐增强.为此,进一步设计了不含烷链间隔基的聚合物P２０~ P２２(图１１(a))[３８].其中P２０~P２２是共聚物,这５７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴伯熙,等:功能 甲壳 型液晶高分子的研究进展图１１㊀(a)P２０~P２２及P２０ 的化学结构式;(b) P２０~P２２在１４０ħ下的织构图;(c)对照物和P２０~P２２在５０２n m处于不同水含量溶液中的光致发光强度,插图为在３６５n m紫外光照射下拍摄的对照物和P２２在f w为０和９０％的T H F溶液中的荧光照片[３８].F i g．１１㊀(a)C h e m i c a l s t r u c t u r e o f P２０~P２２a n dP２０ ;(b)T e x t u r e s o fP２０~P２２a t１４０ħ;(c)P h o t o l u m i n e s c e n c e i n t e n s i t y o f t h e c o n t r o l a n dP２０~P２２i ns o l u t i o n s w i t h d i f f e r e n t w a t e rc o n t e n t a t５０２n m．T h e i n s e t s h o w s t h e f l u oＧr e s c e n c e p h o t o s o f t h e c o n t r o l a n dP２２i nT H Fs o l u t i o n sw i t h f w o f０a n d９０％t a k e nu n d e r３６５n mu l t r a v i o l e t l i g h t[３８]．是由于当T P E部分直接与苯乙烯部分相连时,由于庞大的位阻,使得这部分单体无法均聚,因而只能通过与侧基较小的另一个单体共聚.P２０~ P２２在液晶区间都能产生双折射现象(图１１(b)),表现出稳定的六方柱状相结构,并且都表现出聚集增强发射现象.为了进行对照,在T P E 与苯乙烯之间引入酯键得到均聚P２０ .有趣的是,P２０~P２２的量子产率都要比P２０ 要高出许多倍(如图１１(c)),这两者间最大的区别在于T P E部分与苯乙烯部分之间是否含有酯键.通过密度泛函理论(D F T)计算发现,P２０ 的生色团侧基由于酯键的存在,使得其构成DＧAＧD体系,在最高占据(H i g h e s t O c c u p i e d M o l e c u l a r O r b i t a l,HOMO)轨道中,电子云主要分布在T P E部分,而在最低未占据(L o w e s tU n o c c u p i e d M o l e c u l a rO r b i t a l,L UMO)轨道中,电子云向对苯二甲酸酯部分移动,这说明其发生了光致电子转移过程,这使得对照物的量子产率降低.本课题组进一步将手性的胆固醇接在具有A I E活性的T P E分子上,聚合后得到一种具有 甲壳 效应的液晶高分子P２３(图１２(a))[３９],该聚合物具有近晶C相结构.研究发现,P２３的链结构刚性太强,尽管接入了手性基团,但无法进行有效的自组装以形成螺旋结构,因此其本身只会表现出层状结构(图１２(c)).掺入液晶分子４Ｇ氰基Ｇ４ Ｇ戊基联苯(５C B)作为增塑剂,可促进高分子链的螺旋取向堆积.但是这种掺杂只在一定的范围下才能使该体系具有高效的圆偏振发光(C i rＧc u l a r l y P o l a r i z e dL u m i n e s c e n c e,C P L)特性.当P２３的质量分数低于１０％时,P２３完全溶于５C B 中,使得T P E无法发光,因此不会产生C P L信号(图１２(b)).当P２３的质量分数超过２０％后, P２３不完全溶解于５C B,可以使T P E基团堆积产生发光,而且还能诱导出螺旋结构产生C P L活性,C P L信号强度随着其含量的增加而增强,质量分数达到３０％后信号强度达到最强,但是P２３的含量太高又会导致其难以产生螺旋结构,之后C P L强度逐渐减弱直到消失.除了使用传统的共价键,非共价键氢键也可以用来构筑发光M J L C P s[４０Ｇ４１].相比共价键构筑的方法而言,氢键构筑不需要复杂的合成过程,只需要将氢键的给体与受体相混合.利用这种特性,本课题组[４２]利用氢键构筑出了一种具有刺激响应性的发光M J L C P s P２４(图１３(a)),其氢键给体和受体分别为聚乙烯基对苯二甲酸(P A A)和４,４ Ｇ二丁氧６７１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀图１２㊀(a)P２３和５C B的化学结构式;(b)不同含量５C B的P２３的混合物薄膜的C D光谱;(c)不同含量５C B的P２３的混合物薄膜的织构图[３９].F i g．１２㊀(a)C h e m i c a l s t r u c t u r eo fP２３a n d５C B;(b)C Ds p e c t r a o f P２３f i l m sw i t hd i f f e r e n t c o n t e n t so f５C B;(c)T e x t u r e p a t t e r no fP２３f i l m w i t hd i f fe r e n t c o n t e n t s o f５C B[３９]．基四苯乙烯Ｇ１Ｇ吡啶(P T P E C４).通过调控P T P E C４的含量,不仅可以改变它的液晶相结构,还可以对其颜色进行调控.当P T P E C４的含量很低时,由于不能产生足够强的 甲壳 效应,因而无液晶相结构产生.但随着其含量的逐渐增加,这一系列高分子的液晶相结构会经历由柱状向列相向近晶A相的转变(图１３(b)).除此之外,随着小分子的不断掺入,其氢键作用强度和堆积密度也逐渐增加,这使得其荧光量子产率也不断增加,且颜色也会发生蓝移(图１３(c)).由于氢键的可逆性,使得这类高分子对质子酸可以产生刺激响应性,其主要表现为颜色的变化(图１３(d)).图１３㊀(a)P２４的化学结构式;(b)室温下P P A(P TＧP E C４)x的１D WA X D分布图;(c)P P A(P TＧP E C４)x的发射峰与x之间的关系,插图为P P A(P T P E C４)x粉末在３６５n m紫外光照射下的图像;(d)P P A(P T P E C４)１．０(左)和P P A(P T P E C４)０．４(右)在３６５n m紫外光下使用苯酚蒸气的发射变化[４２].F i g．１３㊀(a)C h e m i c a ls t r u c t u r e o f P２４;(b)１DWA X D p r o f i l e s o fP P A(P T P E C４)x a t r o o mt e m p e r a t u r e;(c)R e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ee m i s s i o n p e a ko fP P A(P T P E C４)x a n d x,t h e i n s e t i st h ei m a g eo fP P A(P T P E C４)xp o w d e r u n d e r３６５n mu l t r a v i o l e t l i g h t i r r a d iＧa t i o n;(d)E m i s s i o nv a r i a t i o no fP P A(P TＧP E C４)１．０(l e f t)a n dP P A(P T P E C４)０．４(r i g h t)u n d e ra３６５n m U Vl i g h tb y u s i n gp h e n o lv a p o r[４２]．７７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴伯熙,等:功能 甲壳 型液晶高分子的研究进展图１４㊀(a)P２５的化学结构式;(b)P V A(P T P E C４)x 在室温下１３０ħ退火１h后的１D WA X D图;(c)P V A(P T P E C４)１．０试纸在３６５n m紫外光下用不同溶液熏制５s后的荧光图像:(１)空白,(２)乙醇,(３)氨水,(４)苯酚,(５)乙酸,(６)甲酸,(７)氢氟酸,(８)三氟乙酸,(９)盐酸[４３].F i g．１４㊀(a)C h e m i c a ls t r u c t u r e o f P２５;(b)１DWA X D p r o f i l e s o fP V A(P T P E C４)x a t r o o mt e m p e r a t u r ea f t e ra n n e a l i n g a t１３０ħf o r１h;(c)F l u o r e s c e n t i m a g e so fP V A(P TＧP E C４)１．０t e s t s t r i p su n d e r３６５n m U Vl i g h ta f t e r f u m i n g w i t hd i f f e r e n t s o l u t i o n s f o r５s:(１)b l a n k,(２)e t h a n o l,(３)a q u e o u sa m m o n i a,(４)p h e n o l,(５)a c e t i ca c i d,(６)f o r m i ca c i d,(７)h y d r o f l u o r i ca c i d,(８)t r i fＧl u o r o a c e t i c a c i d,(９)h y d r o c h l o r i c a c i d[４３]．㊀㊀在上述基础上,本课题组进一步采用简单易得的中性聚乙烯醇聚合物作为氢键的给体[４３],同样也得到了具有刺激响应性的发光M J L C P sP２５(图１４(a)).随着受体小分子P T P E C４含量的增加,这种超分子聚合物的相结构会从晶态转变为层状液晶相结构(图１４(b));与上述体系所不同的是,P TＧP E C４含量的变化并不会改变这些超分子聚合物的发光颜色.但是在碱或者酸的烟熏后,会表现出发光颜色的变化,且颜色的变化会随着酸碱强度的变化而变化(如图１４(c)).６㊀聚合物电致发光有机发光二极管(O r g a n i c L i g h tＧE m i t t i n g D i o d e s,O L E D)具有高的光电转化效率㊁广视角以及低驱动电压等优点[４４Ｇ４６],在平板显示和照明等应用上引起了极大的关注.与小分子O L E D 材料相比,聚合物O L E D材料由于可以在一条链上同时引入电荷传输基团和发光基团,因此可在器件中的同一层实现不同的功能,从而避免了小分子材料在制备多层结构器件时的繁琐,使器件的结构得到了极大地简化[４７Ｇ４８].聚合物O L E D材料主要分为主链型和侧链型[４８],其中主链型O L E D材料的共轭结构有利于载流子的注入和传输,同时刚性主链会限制发光基团的聚集,避免激基缔合物的产生而导致的荧光猝灭,但其聚合难以控制,分子量分布很宽,溶解性也很差.侧链型O L E D材料尽管聚合简单可控,但非共轭的结构使其表现出过高的柔性,导致载流子传输能力和器件效率很难提升. M J L C P s兼具侧链型高分子的结构和主链型高分子的性质,可以很好地解决上述的问题.通常将该类聚合物O L E D材料构筑成双极性共聚物,即同一聚合物链上同时包含了空穴和电子的传输基团.这类共聚物可以实现空穴与电子的注入和传输的平衡,因此具有更高效的发光. W a n g等人[４９Ｇ５１]报道了多种具有 甲壳 效应的双极性共聚物(图１５),这类共聚物由于具有较高的玻璃化转变温度,因此具有很好的热稳定性;同时,解决了低溶解性和难聚合等问题.P２６和P２７是以咔唑类分子作为空穴传输基元,噁二唑类分子作为电子传输和发光基元.尽管聚乙烯基咔唑单独作为空穴材料,掺入其他材料后也可作为发光材料,但聚乙烯基咔唑的分子链很容易聚集而产生激基缔合物,导致荧光的猝灭;单纯的噁二唑类聚合８７１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷㊀图１５㊀P２６~P２８的分子式[４９Ｇ５１]F i g．１５㊀M o l e c u l a r s t r u c t u r e s o fP２６~P２８[４９Ｇ５１]物具有很好的电子传输和发射的能力,但由于玻璃化转变温度很低,容易产生相分离,这些因素都会导致发光效率的显著下降.将噁二唑基元构筑成M J L C P s单元结构,然后与乙烯基咔唑进行共聚,得到的该类特殊的结构会影响聚乙烯基咔唑部分的堆积取向,从而限制他们的聚集而避免激基缔合物的产生.同时,噁二唑基部分是刚性结构,可以增强器件的热稳定性,平衡载流子的传输.将其制成器件后,都有着良好的光电转化效率和量子产率.与前两者不同,P２８的空穴基元由９,９Ｇ二辛基芴来代替,它具有很好的给电子性,是一种好的空穴材料.M J L C P s单元仍然是噁二唑类基元,不同的是其还含有三甲基硅基苯部分,它的引入可以促进电子的注入,同时还可以提高共聚物的加工性能,并促进载流子平衡.随着噁二唑部分含量的增加,不仅可以在一定范围内提高聚合物的玻璃化转变温度,而且还能提高器件的光电转化效率和量子产率.这些都归因于 甲壳 效应对于聚合物链堆积的影响,同时,噁二唑部分与硅烷基的引入极大地降低了L U M O能级,提高了电子注入的能力.树枝状聚合物以树枝状侧链作为重复单元.当这种树枝状重复单元含量足够多时,这些庞大的侧链位阻效应也会迫使聚合物主链伸展,产生与M J L C P s相似的刚性构象.树枝状M J L C P s 可以很好地形成柱状结构,与传统的侧链型聚合物相比,树枝状侧链可以充分地分散在棒状高分子链的表面[４８],从而提供连续的载流子传输通道图１６㊀(a)树枝状 甲壳 型聚合物的圆柱形结构;(b)P２９~P３１的化学结构[４８Ｇ５２].F i g．１６㊀(a)C y l i n d r i c a l s t r u c t u r eo f t h ed e n d r o n i z e dj a c k e t e d p o l y m e r;(b)C h e m i c a l s t r u c t u r e o fP２９~P３１[４８Ｇ５２]．(图１６(a)).基于该特点,J i n等人[４８]报道了多种树枝状 甲壳 型O L E D聚合物(图１６(b)).P２９与P３０是咔唑基树枝状聚合物,在一定温度区间都存在着有序堆积.X射线衍射实验表明,随着温度的上升,它们在小角区的衍射峰强度会有所上升.由于M J L C P s液晶度的分子量依赖性,得到的低分子量的P３０在小角区的衍射峰强度相比P２９而言要弱很多.在性能方面,相对侧链型电致发光聚合物,它们有着更低的驱动电压;由于这种树枝状 甲壳 型结构可以更好地限制官能团之间的相互作用,更加充分地利用表面以及提供连续的空穴传输通道,使得其具有更好的综合性能.双极性聚合物的器件结构简单,易于调控电子和空穴平衡等.为此,Z h a n g等人[５２]将双极性基元应用于树枝状 甲壳 型发光聚合物中.P３１是同时含有咔唑基和噁二唑基的双极性树枝状 甲壳 型高分子.该类均聚物相对于前两者发光９７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀吴伯熙,等:功能 甲壳 型液晶高分子的研究进展。
液晶高分子分子设计及合成方法研究和应用1
液晶高分子分子设计及应用1、简介液晶高分子(LCP)是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子。
一方面，在一定程度上分子呈类似于晶体的有序排列；另一方面，又具有各项同性液体的流动性。
能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪环状结构构成。
柔性部分则多由可以自由旋转的d键连接起来的饱和链构成。
液晶高分子的制备是将含有刚性结构和柔性结构的单体通过聚合反应连接起来。
2几种LCP的分子设计2.1主链型LCP的分子设计主链LCP是指介晶基团分布在高分子主链中的一种液晶类型。
通常，主链LCP的化学结构如下所示：C C D式中，A为介晶基元，在多数热致液晶聚合物中，其为细长棒状或板状、分子直线性得以维持的联苯衍生物或环己基系等；B为取代基，这些基团能降低转换温度；C为介晶基与柔性间隔基之间的连接基团；D为柔性间隔基，由烷撑基、硅氧烷基等组成。
2.1.1热致主链型LCP(1)分子设计对于TLCP来说，合成时最重要的问题就是生成液晶的温度必须低于其热分解温度。
而一般芳香族均聚物的熔点都高于其分解温度，所以热致主链型LCP的分子设计就是通过改性技术降低熔点，使其在热分解温度以下能呈现稳定的液晶态。
主要有以下几种方法：①在刚性主链中引入柔性结构作为柔性间隔的结构单元除了聚烯烃链段外，常用的还有聚醚链段和聚硅氧烷链段等。
然而这种方法可能会带来三个协同效应：A．降低液晶聚合物的相转变温度；B．导致相转变温度的奇一偶效应；C．产生微观分子堆砌结构的变化，即液晶态类型的转变，如由向列型转变为近晶型。
上述几种协同效应是含柔性间隔的热致主链型 LCP中存在的普遍现象，只是随着聚合物的不同，有时不很明显，有时较为明显而已。
②共聚合共聚合是改变聚合物分子主链化学结构的一种方法。
对于柔性高分子，共聚合常破坏分子链的规整性，从而降低其结晶能力和熔点；对于刚性高分子，共聚合同样可以破坏分子链的规整性，并能降低链的刚性，从而降低熔点。
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。
LCP具有优良的电绝缘性能。
其介电强度比一般工程塑料高，耐电弧性良好。
作为电器应用制件，有连续使用温度200～300℃时，其电性能不受影响。
而间断使用温度可达316℃左右。
LCP具有突出的耐腐蚀性能，LCP制品在浓度为90%的酸及浓度为50%的碱存在下不会受到侵蚀，对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水，接触后不会被溶解，也不会引起应力开裂。
液晶高分子聚合物
液晶高分子聚合物液晶高分子聚合物（Liquid Crystal Polymer，简称LCP）是一种具有特殊结构和性能的高分子材料。
它在常温下具有液晶的特性，同时又具备高分子材料的机械性能和热稳定性。
液晶高分子聚合物的发展为新型材料的研究和应用开辟了新的方向。
液晶高分子聚合物是一种具有无定形液晶结构的高分子材料，其分子链的构象在混合剂的作用下呈现出有序排列。
这种有序排列的形态使得液晶高分子聚合物具有一些特殊的性质。
首先，它具有高分子材料的机械性能，比如强度、韧性等；其次，液晶高分子聚合物的玻璃化转变温度较高，可达到200℃以上，具有较好的热稳定性；此外，液晶高分子聚合物还具有优异的电绝缘性能、低摩擦系数、低线膨胀系数等特性，使得它在电子器件、通信、汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用。
1.合成方法：液晶高分子聚合物的合成通常采用高分子合成中的传统方法，如聚合、缩聚、交联等。
但是由于其特殊结构和性能，合成过程中需要控制反应条件和配方，以获得期望的液晶性能。
2.液晶性质：液晶高分子聚合物的液晶性质是其最重要的特征之一、研究人员通过控制分子结构、引入侧链等方法，制备具有不同液晶相的液晶高分子聚合物。
研究涉及到液晶相的形成、相变行为、热稳定性等方面。
3.应用领域：液晶高分子聚合物具有优异的性能，被广泛应用于电子器件、通信、汽车、航空航天等领域。
例如，在电子器件领域，液晶高分子聚合物可制备高分子液晶显示器、电子屏蔽材料等；在通信领域，液晶高分子聚合物可作为光纤材料的包覆剂；在汽车领域，液晶高分子聚合物可用于制备汽车零件等。
4.研究进展：液晶高分子聚合物的研究已取得了一系列的进展。
例如，研究人员通过改变分子结构、引入侧链等方法，制备出具有不同液晶相的液晶高分子聚合物。
此外，研究人员还开展了液晶高分子聚合物与其他材料的共混研究，以提高其性能和应用范围。
总结起来，液晶高分子聚合物是一种具有特殊结构和性能的高分子材料，具有机械性能好、热稳定性高、电绝缘性能优异等特点。
第5章-液晶高分子材料
3） 根据高分子液晶的形成过程分类
形成条件
热致液晶 溶致液晶
依靠温度的变化，在某一温度范围 形成的液晶态物质
依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度 范围形成的液晶态物质
热致液晶
热
固体
冷
热
液晶
冷
液体
溶致液晶
固体 +溶剂
+溶剂
液晶
液体
- 溶剂
- 溶剂
第一节 高分子液晶概述 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； ② 热致性高分子液晶有较大的相区间温度； ③ 粘度大，流动行为与一般溶液明显不同。
CN , NO N(CH 3 )2
第一节 高分子液晶概述
1.5 高分子液晶的分子结构与性质
2） 影响聚合物液晶形态和性能的因素
内在因素:
结构, 分子组成, 分子间作用力。刚 性部分的形状，连接单元，
外部因素: 液晶形成过程中的条件主要包括: 形成
温度, 溶剂（组成、极性、量等）,液晶 形成时间等。
4
第一节 高分子液晶概述
1.2 液晶的发展历史
在1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer）首次发现物质的液晶态。
胆甾醇苯甲酸酯
高分子化合物的液晶性能是在20世纪 50 年代发现。最 早发现的高分子液晶材料为聚（4-氨基苯甲酸）以及聚对苯 二甲酰对苯胺。 我国高分子研究是在1972年起步, 最近高分子液晶材 料已成为高分子研究领域的一个重要部分。
OR
Si CH2 m O
R
第二节 高分子液晶的性能分析和合成方法
•
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（液晶单体），在
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，如改善高分子链的柔性，优化液晶基团的结构和选择适当的外加电场条件等。
另外，液晶高分子材料在光电器件领域的应用也得到了广泛探讨。
光电器件包括有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池和光致变色材料等。
液晶高分子材料具有较高的载流子迁移率和较好的电致变色特性，可以应用于高性能的光电器件中。
液晶高分子
高分子液晶材料的研究现状及开发前景一摘要液晶高分子是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子，即该类高分子在熔融状态或溶液中，一方面，在一定程度上分子呈类似于晶体的有序排列；另一方面，又具有各项同性液体的流动性。
能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪环状结构构成，在生物高分子中，含有手性基团的螺旋结构也具有刚性体的功能，柔性部分则多由可以自由旋转的d键连接起来的饱和链构成。
液晶高分子的制备是将含有刚性结构和柔性结构的单体通过聚合反应连接起来。
由于液晶相的形成，使得高分子的性能发生变化，某些性能显著提高，并出现类似于小分子液晶的特殊性能，从而使其具有更为诱人的应用前景，成为一个研究热点。
高分子液晶是近十几年迅速兴起的一类新型高分子材料[ 1～5] , 它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能, 作为液晶自增强塑料、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, 使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。
二国外对液晶高分子材料的研究1． A series of main-chain liquid-crystalline polymers (LCPs) with pendant sulfonic acid groups have been synthesized by use of biphenyl-4,4-diol, 6,7-dihydroxynaphthalene-2-sulfonic acid, and bis(4-(chlorocarbonyl)phenyl) decanedioate in a one-step esterification reaction. Emeraldine base form of polyaniline (PAN) is doped by the synthesized sulfonic acid-containing LCPs to obtain PAN-LCP ionomers. A series of electrorheological (ER) fluids are prepared using the synthesized PAN-LCP ionomers and silicone oil. The chemical structure, liquid-crystalline behavior, dielectric property of LCPs, and PAN-LCP ionomers, and ER effect of the ER fluids are characterized by use of various experimental techniques. The synthesized sulfonic acid-containing LCPs and PAN-LCP ionomers display nematic mesophase. The PAN-LCP ionomers show a slight elevation of glass transition temperatures and decrease of enthalpy changes of nematic-isotropic phase transition compared with corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The relative permittivity of the PAN-LCP ionomers is much higher than that of the corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The ER effect of the PAN-LCP ionomer dispersions is better than PAN dispersions, suggesting a synergistic reaction should be occurred among liquid crystalline component, and PAN part under electric fields.已经合成了一系列的主链液晶聚合物（LCP ）与磺酸侧基通过使用二苯基-4,4 - 二醇，6,7 - 二羟基萘-2 - 磺酸，和双（4 - （氯羰基）苯基）decanedioate 在一个单步酯化反应。
甲壳型液晶高分子
甲壳型液晶高分子摘要：甲壳型液晶高分子是近年来的一个重要的研究课题，它对我们研究液晶高分子材料提供了非常重要的作用，同时也推动了新型材料的不断研发。
关键词：液晶高分子甲壳素液晶高分子(LCP)材料是近年来研究较多的一种功能高分子，它是兼有液体和晶体两种性质的一种中间过渡态聚合物。
LCP材料不但具有不同数量等级的机械强度，而且还具有很高的弹性模量，以及优良的振动吸收等特性；其制品还呈现壁厚越薄，强度反而越大的独有特征；此外，LCP材料是目前线性热膨胀率最逼近金属材料的新时代超级工程塑料，这种正处于不断开发状态的高分子材料，已完全超越了原有的工程塑料的概念。
液晶是一种与生命科学息息相关的物质存在相态, 它介于完全有序的固态和完全无序的液态之间,具有部分有序性.将液晶的有序性与大分子的性质结合可得到液晶聚合物. 液晶或介晶单元可以通过两种不同的方法嵌入聚合物中: ( 1 ) 直接嵌入聚合物主链中, 形成主链型液晶聚合物; ( 2 ) 作为侧基接到聚合物主链上, 形成侧链型液晶聚合物. 1978 年 Finkelmann等提出柔性去偶理论, 即在刚性液晶基元与柔性聚合物链之间必须引入柔性间隔基, 以减少它们之间的相互作用, 使侧基的有序排列不受主链热运动的限制. 当时这个理论在很大程度上解决了侧链液晶高分子设计的困扰. Perce等进一步发展了去偶理论, 提出如果主链与侧基互不相容而能形成各自的微区, 则可实现高度的甚至是完全的去偶. 1987 年, Finkelmann 等利用柔性去偶理论合成了腰接型液晶聚合物, 并报道该类聚合物具有双光轴向列相. 同年, 周其凤等提出甲壳型液晶高分子的概念, 甲壳型液晶高分子特指一类液晶基元只通过一个共价键或很短的间隔基在重心位置 (或腰部 ) 与高分子主链相连的液晶高分子. 从化学结构上看, 甲壳型液晶高分子类似腰接型侧链液晶高分子, 因此可以通过烯类单体的链式聚合反应获得. 该类液晶高分子的物理性质有别于侧链液晶高分子, 由于侧基和主链存在较强的相互作用, 众多庞大的刚性侧基会迫使柔性主链采取伸直链的构象, 整个聚合物链会表现出一定的刚性, 这又与主链型液晶高分子相似. 这些特点使甲壳型液晶高分子成为有别于主链型和侧链型的第三类液晶高分子. 甲壳型液晶高分子概念的提出已有 20 余年, 目前已设计并成功合成出几十种结构的甲壳型液晶高分子. 随着新的聚合方法的出现, 各种拓扑结构的甲壳型液晶聚合物及嵌段共聚物的合成也陆续见诸报道, 同时关于这类液晶高分子链的模型的建立及液晶行为的深入研究也得到物理学界学者的鼎力支持, 这种化学与物理领域之间卓有成效的合作推进了甲壳型液晶高分子研究的进展, 使人们得以深入理解和丰富这个概念, 并且在此基础上大胆创新, 为新研究体系的建立及其潜在应用开发奠定了基础. 本文着重介绍国内外关于甲壳型液晶高分子的结构与性能关系的研究进展, 其中包括分子设计、相行为及液晶相形成机制、基于甲壳型液晶高分子的嵌段共聚物的设计和合成及其在本体和溶液中的自组装行为及功能性甲壳型液晶高分子的研究等, 并展望了今后的发展方向.甲壳素又称为几丁质、甲壳质 , 是许多低等动物 , 特别是节肢动物如虾、蟹和昆虫等外壳的重要成分。
高分子液晶材料概念、表征方法与应用
23
高分子液晶材料概念、表征方法和应用
刚性连接单元
致晶单元中的刚性连接单元的结构和性质直接 影响液晶的稳定性。
3
高分子液晶材料概念、表征方法和应用
液晶的发现
4
高分子液晶材料概念、表征方法和应用
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：近晶型、向列型和胆甾型。
近晶型
向列型
胆甾型
此外，液晶高分子中还有少数分子的形状呈盘状，
这些液晶相态归属于盘状液晶
5
高分子液晶材料概念、表征方法和应用
近晶型液晶
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，使得胆甾型高分液子液晶晶材通料概常念、具表征有方法彩和应虹用 般的漂亮颜色
8
9
高分子液晶材料概念、表征方法和应用
按形成条件分
热致性液晶
依靠温度的变化，在某一温度范围形成 的液晶态物质
溶致性液晶
依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围 形成的液晶态物质
高分子液晶的分子结构特征
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。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。
12
高分子液晶材料概念、表征方法和应用
液晶的分子结构
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。
高分子液晶的物理性质及其应用-高分子物理化学(高聚物结构和性能)论文
高分子液晶的物理性质及其应用PB02206287 丁蕾禹川物质的液晶态物质通常分为气态、液态和固态三态。
它们在一定条件下可以相互转化。
自然界的固体多为晶态。
在晶态下，原子或分子紧密排列成晶格，其物理性质多为各向异性，有固定熔点，晶面间夹角相等。
晶体熔化时由于晶格解体，出现流动性，此时的液体不再具有规则外形和各向异性特征。
一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变为了具有流动性的液态物质，但结构上仍保存一维或二维有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形成兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，称为液晶态，而这种状态下的物质称为液晶。
形成液晶的物质通常具有刚性分子结构，分子呈棒状，同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必须的结构因素。
这种结构特征常与分子中含对位苯撑、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系。
如4,4’-二甲氧基氧化偶氮苯：分子上两极性基团间相互作用有利于形成线性结构，从而有利于液晶有序态结构的稳定。
由固态到液晶态和液晶态到液态的过程都是热力学一级转变过程。
液晶分近晶型、向列型、胆甾型三种结构类型。
近晶型：棒状分子互相平行排列为层状结构，长轴垂直于层平面。
层间可相对滑动，而垂直层面方向的流动困难。
这是最接近结晶结构的一类液晶。
其粘性较大。
向列型：棒状分子互相平行排列，但其重心排列是无序的，只保存一维有序性。
分子易沿流动方向取向和互相穿越。
故向列型液晶流动性较大。
胆甾型：扁平的长形分子靠端基相互作用彼此平行排列为层状结构，长轴在平面内。
相邻层间分子长轴取向由于伸出面外的光学活性基团相互作用，依次规则扭转一定角度，而成螺旋面结构。
两取向相同的分子层之间的距离称胆甾液晶的螺距。
这类液晶有极高的旋光特性。
液晶高分子高分子液晶按其液晶原所处位置不同而分为主链型和侧链型液晶。
主链液晶的主链即由液晶原和柔性链节相间组成。
侧链液晶的主链为柔性，刚性的液晶原接在侧链上。
主链类溶致型高分子液晶中，刚性基团为一些环状单元，其分解温度往往低于其熔点，故不能成为热致型液晶。
液晶高分子材料的制备及其应用
液晶高分子材料的制备及其应用随着科学技术的不断发展，高分子材料也越来越广泛应用于生产和生活中。
液晶高分子材料作为新型高分子材料之一，具有很多优良的性质，如低温熔融、高机械强度、高介电常数、光学特性等，被广泛地应用于电子产品、光学器件等领域。
本文旨在介绍液晶高分子材料的制备方法及其应用。
1. 液晶高分子材料的制备方法1.1 聚合法聚合法是一种常见的制备高分子材料的方法。
在制备液晶高分子材料时，可以采用类似于聚酯的材料聚合，如交联聚甲基丙烯酸乙酯、聚射手烯、聚偏氮乙烯等。
具体步骤如下：将单体、溶剂和引发剂混合，经过溶解、反应、塑化后，形成液晶高分子材料。
聚合法具有反应条件温和、成本较低、产品纯度高等优点。
但其缺点是反应时间较长，不适用于大规模生产。
1.2 熔融法熔融法是指在高温下直接加热高分子材料，使其熔化，并在熔态下进行混合和改性反应。
在制备液晶高分子材料时，可以将液晶分子和高分子材料混合，然后在高温条件下进行熔融，形成液晶高分子材料。
熔融法具有反应快、成本低、操作简单等优点。
但其缺点是反应条件需特别控制，否则反应不完全，易发生分解等现象。
1.3 溶液法溶液法是将高分子材料溶于溶剂中，再与液晶分子混合，并进行协同作用，形成液晶高分子材料。
溶液法具有反应条件温和、操作简单、反应速度较快等优点。
2. 液晶高分子材料的应用液晶高分子材料具有许多优良的性质，可以广泛应用于电子产品、光学器件等领域。
2.1 电子产品液晶高分子材料是现代电子产业中不可或缺的材料，主要应用于显示器、触控屏、液晶电视等领域。
近年来，随着智能手机、平板电脑等电子产品的普及，液晶高分子材料的需求量也不断增加。
2.2 光学器件液晶高分子材料还可以应用于光学器件中，如液晶体相位调制器、电调制光开关等。
液晶高分子材料的高度透明性、快速响应能力、高色散系数等特点使其成为了光学器件中的重要材料。
3. 总结液晶高分子材料是一种非常有前途的高分子材料，可以广泛应用于电子产品、光学器件等领域。
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。
LCP具有优良的电绝缘性能。
其介电强度比一般工程塑料高，耐电弧性良好。
作为电器应用制件，有连续使用温度200～300℃时，其电性能不受影响。
而间断使用温度可达316℃左右。
LCP具有突出的耐腐蚀性能，LCP制品在浓度为90%的酸及浓度为50%的碱存在下不会受到侵蚀，对于工业溶剂、燃料油、洗涤剂及热水，接触后不会被溶解，也不会引起应力开裂。
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。
高分子液晶的制备和性能研究
高分子液晶的制备和性能研究高分子液晶是一种具有特殊结构和性质的高分子材料，其在液晶显示、光电子器件、生物医学等领域有着广泛应用。
本文将对高分子液晶的制备和性能研究进行探讨。
一、高分子液晶的制备高分子液晶可以通过两种方法制备：一种是在液晶相区中合成高分子液晶，另一种是通过自组装方式制备高分子液晶。
1.液晶相区中合成高分子液晶通过化学反应在液晶相区中合成高分子液晶是制备高分子液晶的主要方法之一。
常见的包括缩聚反应、偶联反应、主链液晶聚合和侧链液晶聚合等方法。
其中侧链液晶聚合是一种常见的方法，它可以使高分子链的侧链出现液晶结构，进而形成高分子液晶。
具体合成过程是：首先合成含有液晶基团的单体，然后通过聚合反应合成高分子液晶。
2.自组装方式制备高分子液晶自组装方式制备高分子液晶是利用高分子分子链之间的作用力使分子链排列成液晶结构。
常见的自组装方式有溶液自组装法、熔融自组装法和气相自组装法。
溶液自组装法是通过在溶液中加入合适的低分子液晶物质来诱导高分子链的自组装形成液晶结构。
熔融自组装法是将高分子加热到熔融状态，然后使分子链自组装成液晶结构。
气相自组装法是通过在高温和高压下使高分子链自组装成液晶结构。
二、高分子液晶的性能研究高分子液晶具有一系列独特的性质，如机械强度高、自组装形成有序结构、光学性能优异等。
因此，研究高分子液晶的性能具有重要意义。
1.机械性能高分子液晶的机械性能对其在工业上的应用非常重要。
研究发现，高分子液晶的机械强度随着聚合度的提高而提高，同时，加入液晶结构的侧链能够使高分子液晶的机械强度更高。
2.光学性能高分子液晶具有优异的光学性能。
通过改变侧链的取代基、液晶基团的取代基和碳氢链长度等参数，可以控制高分子液晶的光学性能。
例如，将含有双键的基团引入到侧链中，可以使高分子液晶具有较大的折射率差，从而提高工业上的应用。
3.导电性能利用液晶分子链排列的有序性，可以使高分子液晶具有优异的导电性能。
通过改变侧链的电子传导性质，可以改善高分子液晶的导电性能。
液晶高分子材料的类型
液晶高分子材料的类型，结构特点，主要应用领域及其发展趋势摘要：对液晶高分子材料的类型，结构特点进行重点介绍，并对其的应用领域与发展趋势进行介绍与展望。
关键词：液晶高分子材料，高分子材料，新型高分子液晶材料，引言：液晶高分子材料是近十儿年迅速兴起的一类新型高分子材料，它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀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。
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。
1.1液晶的发现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。
液晶的发现可以追溯到1888年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现，把胆甾醇苯酸脂(Ch01．esteryl Benzoate，简称CB)晶体加热到145．5℃会熔融成为混浊的液体，145．5℃就是该物质的熔点，继续加热到178．5 ℃，混浊的液体会突然变成清亮的液体，而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。
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。
液晶聚合物的制备及性能分析
液晶聚合物的制备及性能分析液晶聚合物（Liquid Crystal Polymers, LCPs）是由液晶分子组成的高分子材料，具有诸多优异性能，如高温稳定性、低膨胀系数、高机械强度等。
液晶聚合物的制备方法有多种，其中最为常用的是筛孔聚合法、液晶交联法和撤除聚合法。
本文将介绍这几种制备液晶聚合物的方法，并对其性能进行分析。
1. 筛孔聚合法筛孔聚合法是一种通过高分子筛过滤机构筛除气体和低聚物的聚合方法。
通过在聚合过程中加入一定量的自由基产生剂和限制剂，以减少低分子物质和气体残留，同时避免聚合过程中的反应难度。
该方法制备的液晶聚合物分子链结晶度高，分子结构规整，具有优良的力学性能和高度的拉伸强度，因此在电纺、二元模式和微纳加工领域得到广泛应用。
2. 液晶交联法液晶交联法是一种将液晶聚合物放置在交联环境下，对其进行交联的方法。
液晶聚合物分子链呈液晶状结构，其交联能力较差。
因此，通过调整交联剂的类型和交联条件等参数，以形成合适的交联网络结构，提高LCPs的强度和稳定性。
该方法在微纳加工领域得到广泛应用，用于制备微电机、柔性夹板和高压电容等器件。
3. 撤除聚合法撤除聚合法是将液晶聚合物分子链中的某些单体通过撤除聚合还原为液晶单体的合成方法。
该方法可以有效控制LCPs的分子结构和功效，以获得不同结构和性质的液晶聚合物。
其中，利用交联基团控制氢化程度，可制备出高分子膜、电路板和光纤等，表现出高度的化学和热稳定性。
性能分析液晶聚合物具有独特的化学结构和物理性质，由于长链分子的排布导致力学性质得到了优化。
同时LCPs是一类特殊的有序聚合物材料，具有优异的力学、电学、热学、光学等多种性能。
液晶聚合物的主要性能如下：1. 高温稳定性液晶聚合物具有高度的热稳定性和化学稳定性，适用于制备工作温度要求高的设备。
液晶聚合物的宽温度范围内形成液晶相，因此其性能可以在高温条件下保持稳定。
同时，具有抗腐蚀、耐化学剂侵蚀等性质。
2. 低膨胀系数液晶聚合物可以在广泛温度范围内形成液晶相，其分子内部排列具有高度的有序性和方向性，因此其膨胀系数较低。
简述高分子液晶材料的结构特点
简述高分子液晶材料的结构特点0808010229 金俊摘要：液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。
本文系统地阐述了液晶高分子的分类及其结构特点，并用具体例子或者相应结构示意图形象说明。
关键词：液晶高分子、分类、结构引言：液晶高分子（简称LCP）是近几十年年迅速发展起来的新型高性能高分子材【】料，因具有独特的结构和优异的性能而引起世界各国的高度重视1。
与普通高分子材料不同，其最大特点是在一定条件下能形成液晶态，此时分子排列存在位置上的无序性，但在取向上仍有某种程度的长程有序性。
高分子液晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向。
随着高分子液晶材料合成研究的迅速发展,人们对高分子液晶的结构和性能研究产生了极大兴趣,并取得了很大的成就。
1 液晶高分子的分类液晶是一类具有特殊性质的液体，既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。
现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。
一般聚合物晶体中原子或分子的取向和平移都有序，将晶体加热，它可沿着2 个途径转变为各向异性液体。
一是先失去取向有序而成为塑晶, 只有球状分子才可能有此表现, 另一途径是先失去平移有序而保留取向有序，成为液晶。
研究表明, 形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构，同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的结构因素，这种结构特征常常与分子中含有对位次苯基、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系【2】。
1.1 根据液晶分子结构特征根据刚性部分在分子中的相对位置和连接次序，可将其分成主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶。
在高分子液晶中，刚性部分如果处于聚合物主链上，即为主链型液晶；刚性部分如果是由一段柔性链与聚合物主链相连．成梳状，即为侧链型液晶。
在物理化学性质上方面，主链型液晶与侧链型液晶表现出相当大的差异。
1.2 根据液晶形态【3】根据刚性分子链堆砌所形成的物理结构，可分为三种织态结构：即向列型液晶、近晶型液晶和胆甾型液晶(图1)。
在近晶型液晶中，棒状分子形成层状结构，每个分子都垂直于层面或与层面成一定角度排列。
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参考文献
1. D.Zhang,YLiu,X.Wan,and Q.-RZhou:Macromolecules,1999,32,4494 2. H.Tu,D.Zhang,X.Wan,X.Chen,and Q.-F.Zhou,: Macromol. Rapid Commun., 1999,20,555
致谢: 本工作得到了国 家自 然科学基金委员 会和美国NSFALCOM 的支持。
聚合物经甲 醇洗涤后干燥。 GPC 测得的数均分子量和分子量分布指数分别为 LOX I少和 用
2.2. TGA 分析发现(20C/min inNz)聚合物在281℃和308℃失 重量分别为1%和5%0
聚合物的液晶性和液晶相结构 用 DSC, POM 和 W AXD 对聚合物的表征发现了 聚 合物分子经自 组装生成的具有二维六方序聚合 物的玻璃化转变发生在 80* 各向同性化转变发生在 236* 相变热很低， 0.2-0.3kJ/mol, C， C， 约
2Maurice Morton Institute and Department of Polymer Science, University of Akron, Ohio, USA 通常， 液晶高分子都含有被称为液晶基元的刚性成分以 维持液晶相的分子取向序。 常 见的液晶基元含有 2 个以 上对位相连的苯环，如二联苯、苯甲酞氧基苯等。己知聚对苯二 甲酸乙二酷不能生成液晶相，而联苯二甲酸乙二醋却是液晶性高分子，其区别即在于前者 只含有孤立的苯环而后者则含有可以维持液晶相结构的联苯型液晶基元。不过，液晶相结
第39 卷 增刊
厦门大学学报( 自然科学版)
Vol. 39
Sup.
利用柔性 单 体 构 筑 液 晶高分 子
涂慧琳 ’ ，宛新华 ’ ，刘宇翔 ’ ，陈小芳‘ ，张东‘ ，周其凤
Zhihao Shen2 ,Jason J.Ge2 and StephenZ.D.Cheng', 2
， 北京大学化学学院高分子科学与 工程系
195℃时，衍射峰的强度和半高宽发生突变，揭示着相变的发生。WAXD 纤维图在子午线 上无明显反射，但在赤道线上一对强反射，说明在纤维方向上不存在结构的长程序，但在 垂直于纤维的方向上存在远程周期性结构， 其周期为 1.59mn，相当于该聚合物分子链的厚 度。此外，赤道线上还有两对反射，相应的d 值与上述主反射的 d 值相比分别是 1: 1/ 3: 1/ 4，揭示了在垂直于纤维轴方向上存在六方序结构。 上述结果说明，尽管乙烯基对苯二甲酸-4一 庚酷是不含 “ 液晶基元”的柔性分子，将 它以甲壳型液晶高分子的结构形式键合而成的高分子却可以在玻璃化温度以上的很宽温度 范围内以稳定的热致液晶相的有序结构存在。因此，本成果为将柔性分子键合成液晶性高 分子提供了一条可行的途径。
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一
构除了通过液晶基元稳定外，还可以通过高分子的超分子组装实现。在我们最近开展的一
系列研究中已经发现，利用甲壳型液晶高分子设计思想合成的各种聚 ( 乙烯基对苯二甲酸
环烷醋) 都能生成稳定的热致液晶相，尽管在这些分子中不存在传统意义上的液晶基元 ‘ ’
2)。 本文报告一个以 柔性的对苯二甲酸双烷基醋为侧基的聚乙 烯， ( 乙烯基对苯二甲 4聚 酸一
庚酷) 的合成与性质。 单体 乙烯基对苯二甲酸一 庚酷是由 4一 4一 庚醇和乙烯基对苯二甲酸经磷酞化反应制得
的。产率 65%。它在室温下是无色的各向同性液体，其化学结构经 MS, 'H-NMR, FTIR
等手段表征，确实无误。 聚合物合成 单体以 AIBN 为引发剂在 60C THF 中聚合 3 天，后用甲醇沉出聚合物。
小于通常向列相液晶的各向同性化转变热。 W AXD 研究发现室温下样品为非晶体，不存在 0.5nm 尺度的长程序结构，但在 2 0 ~
5.6(相当于 d=1.6nm)处有一很强的布拉格反射。在 2.50 C/min 的实验速度下，当 温度达到一
中国化学会第七次全国高分子液晶态学术论文报告会论文集
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