高分子液晶解析

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液晶的分类
按照液晶的形成条件不同，可将其主要分为热致 性和溶致性两大类。 热致性液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围 形成的液晶态物质。液晶态物质从浑浊的各向异性的 液体转变为透明的各向同性的液体的过程是热力学一 级转变过程，相应的转变温度称为清亮点，记为Tcl。 不同的物质，其清亮点的高低和熔点至清亮点之间的 温度范围是不同的。 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。
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液晶的基本概念
小分子液晶的这种神奇状态，引起了人们的浓厚兴趣。 现已发现许多物质具有液晶特性（主要是一些有机化合物）。 形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构。导致液晶形成的 刚性结构部分称为致晶单元。分子的长度和宽度的比例R>>l， 呈棒状或近似棒状的构象。同时，还须具有在液态下维持分 子的某种有序排列所必需的凝聚力。这种凝聚力通常是与结 构中的强极性基团、高度可极化基团、氢键等相联系的。
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液晶的基本概念
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。
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液晶的基本概念
某些物质的受热熔融或被溶解后，虽然失去了固态 物质的大部分特性，外观呈液态物质的流动性，但可能 仍然保留着晶态物质分子的有序排列，从而在物理性质 上表现为各向异性，形成一种兼有晶体和液体部分性质 的过渡中间相态，这种中间相态被称为液晶态，处于这 种状态下的物质称为液晶（liquid crystals）。其主要特 征是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。
高分子液晶
(Liquid Crystal Polymer, LCP)
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
用途广泛的液晶高分子
对位芳香族聚酰胺Kevlar
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用途广泛的液晶高分子
Wine Thermometer Collar
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用途广泛的液晶高分子
显示材料
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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。
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液晶的分类
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。
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液晶的分类
根据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。
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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。 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。
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液晶的分类
（1）近晶型液晶（smectic liquid crystals，S）
近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类，因此得 名。在这类液晶中，棒状分子互相平行排列成层状结构。分子 的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。 但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但 不能来往于各层之间。因此，层状结构之间可以相互滑移，而 垂直于层片方向的流动却很困难。
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液晶的分类
（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。
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液晶的分类
这种结构决定了近晶型液晶的粘度具有各向异性。 但在通常情况下，层片的取向是无规的，因此，宏观上表 现为在各个方向上都非常粘滞。 根据晶型的细微差别， 近晶型液晶还可以再分成9个小类。按发现年代的先后依 次计为SA、 SB 、……SI。
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液晶的分类
（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。
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液晶的基本概念
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。
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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。
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高分子液晶及其分类
按液晶的形成条件，与小分子液晶一样，可分为溶致 性液晶(lyotropic liquid crystal )、热致性液晶 (thermotropic liquid crystal ) 、压致型液晶、流致型液 晶等。 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。 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。 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。