高分子液晶
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
高分子液晶
第十一章 高分子液晶
（3）胆甾型液晶(Cholesteric liquid crystals，Ch) 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。
第十一章 高分子液晶
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。
DMA, LiCl
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。
第十一章 高分子液晶
PPTA具有刚性很强的直链结构，分子间又有 很强的氢健，因此只能溶于浓硫酸中。用它纺成的 纤维称为Kevlar纤维，比强度优于玻璃纤维。 在我国，PBA纤维和PPTA纤维分别称为芳纶 14和芳纶1414。
NH2
Br2
KOH
KS H2N
NH2 SK
HCl
KS ClH3N
NH3Cl SK
KS n ClH3N
NH3Cl + n HOOC SK COOH
缩聚
S [ N
N ]n S
第十一章 高分子液晶
顺、反式的聚双苯并噁唑苯（PBO）的制备：
Cl Cl
HNH4SCN
Cl
Cl O2N
Cl Cl NO2
NaOH
第十一章 高分子液晶
1.4 高分子液晶的表征 热台偏光显微镜法（POM法） 示差扫描量热计法（DSC法） X射线衍射法 核磁共振光谱法 介电松弛谱法 相容性判别法 光学双折射法
高分子液晶的应用研究
高分子液晶的应用研究高分子液晶是一种有机大分子材料。
由于其分子结构的特殊性，高分子液晶被广泛应用于液晶显示器、光学记录、光学通讯、光电子元件、纳米光电子器件等领域。
本文将探讨高分子液晶的应用研究。
一、高分子液晶的特性高分子液晶分子结构的特殊性导致其在以下方面具有优点：1.方向性高分子液晶分子具有方向性，可以在一定条件下排成有序结构。
因此，高分子液晶通常具有较好的方向性和各向异性，可用于制备具有特殊方向性和各向异性的功能性材料。
2. 可调性高分子液晶材料中的液晶区域可因解离剂、光学场、电场等环境因素的作用而发生变化，在不同的外部场下表现出不同的物理性质。
因此，高分子液晶具有良好的可调性。
3. 透明度高分子液晶的液晶区域相对比较规则，材料的透明度相对较高。
因此高分子液晶被广泛应用于透明度要求高的光学领域。
二、高分子液晶的应用1.液晶显示器液晶显示器是目前广泛使用的数字显示器。
高分子液晶材料具有良好的方向性和各向异性，因此近年来液晶显示器制造技术已经从玻璃基板向聚合物基板（如PET、PI、PC、PVC等）转移。
高分子材料基板的优越性在于它们具有更高的柔性，便于实现折叠、卷曲等灵活性显示设计。
2.光学记录高分子液晶被广泛应用于储存元件、数据传输、光学传感等领域。
其中，光学记录是液晶用于实现光学存储的典型应用之一。
许多高分子液晶均具有晶相转变现象，可以制备出可逆/不可逆记录的高密度储存器件。
3.光学通讯高分子液晶材料又因其方向性、各向异性、敏感度等特性被广泛应用于光学通讯。
高分子液晶在光学通讯中主要用于制备可调谐激光源、光调制器、光开关和光偏振控制器等器件。
4.光电子元件高分子液晶制成的光电子器件具有可见紫外光波段、电过程快以及电子浓度高等特点，可以应用于液晶电视、数码相机、移动手机等电子产品的制造中。
5.纳米光电子器件高分子液晶与金属、碳纳米管、无机纳米晶等结合可以制备出许多新型纳米光电子器件。
例如，利用高分子液晶与金属纳米颗粒相互作用，在高分子液晶薄膜内制备具有可调荧光光谱、纳米缝隙增强荧光等特点的金属纳米颗粒高分子液晶材料。
高分子液晶
高分子液晶高分子液晶是一种新型高分子材料,具有强度高、模量大的特点。
液晶是某些小分子有机化合物或某些高分子在熔融态或在液体状态下,形成的有序流体,既具有晶体的各向异性,又具有液体的流动性,是一种过渡状态,这种中间态称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶，高分子液晶材料即为一类新型的特种高分子材料,已经以纤维、复合材料和注模制件等应用于航空、航海和汽车工业等部门。
液晶就是液态和晶态之间的一种中间态,它既有液体的易流动特性,又具有晶体的某些特征。
各向同性的液体是透明的,而液晶却往往是浑浊的,这也是液晶区别于各向同性的液体的一个主要特征。
液晶之所以混浊是因为液晶分子取向的涨落而引起的光散射所致,液晶的光散射比各向同性液体要强达100万倍[3]。
总之,液晶科学获得了许多重要的发展,研究领域遍及物理、化学、电子学、生物学各个学科,发展成了液晶化学、分子物理学、生物液晶及液晶分子光谱等重要学科[5]。
高分子液晶具有独特的性能:(1)在电场和磁场中,高分子液晶排列取向所需的电场强度或磁场强度要比低分子液却大的多,热致性液品的热转变温度高,而粘度大。
(2)奇偶性,所胃奇偶性是指在介晶态的TM,TN,△S,△H随柔性间隔的不同存在着奇低偶高的现象。
不仅主链上有奇偶性效应,而侧链也有奇偶性效应。
(3)高分子液晶的流变行为高分子液晶的流变行为对聚合物材料的应用影响很大。
如粘度是温度的函数,而且在某一温度下,粘度变小。
粘度对剪层影响较大在低剪切速度下,偏离牛顿流体液品的有序性降低一粘度随分子准的增加,粘度下降。
(4)液品相的转变:在一定浓度,液晶转变温度随聚合度的增长而升高。
在各向同性挤剂中,聚合物浓度下降,则相转变温度也下降。
在一定温度下,聚合度越大,则介晶相出现的临界浓度越低。
(5)液品的电光效应.所谓电光效应是指液晶在电场的作用下产生光学的变化,具体如下:相畴的形成,电场可引起向列相,液晶产生威廉姆士相畴;动态散射,液晶中的离子,交变电场作用下对液晶分子施以作用下,随电压增大而增大,当超过弹性界限时就产生湍流;宾一主相互作用液晶中存在其它各向异性分子时施加电场,两者进行相互影响的运动排列[6]。
《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。
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
形成高分子液晶的条件
形成高分子液晶的条件高分子液晶是一种具有特殊结构的高分子材料，具有液晶相存在的特性。
它具有很强的自组装能力和定向性，可以形成各种形态的自组装结构，如柱状、层状、球状等。
高分子液晶材料在光电领域、生物医学领域、纳米技术等领域中有广泛的应用前景。
本文将介绍形成高分子液晶的条件。
一、高分子液晶基本概念高分子液晶是一种由含有刚性基团或侧链的高分子材料，在适当条件下可以形成液晶相态，表现出类似于小分子液晶所具有的各种特殊性质和现象。
与小分子液晶相比，高分子液晶具有更多样化和可控性更强的自组装结构，能够形成更为复杂和多样化的超分子结构。
二、形成高分子液晶条件1. 高聚物链段刚性度高聚物链段刚性度是影响高分子材料能否形成液晶相态的重要因素。
通常来说，含有大量刚性链段或侧链的高分子材料更容易形成液晶相态。
例如，含有苯环、噻吩环、三嗪环等刚性基团的高分子材料，都具有很强的液晶相态形成能力。
2. 高聚物分子量高分子材料的分子量也是影响其形成液晶相态的重要因素。
通常来说，高聚物的分子量越大，其自组装结构越稳定，形成液晶相态的能力也更强。
但是过高的分子量也会导致高聚物链段之间难以自组装，从而影响其形成液晶相态。
3. 溶剂和温度溶剂和温度是影响高分子液晶形成的两个重要因素。
通常来说，在适当的溶剂中，并在一定温度范围内处理高聚物材料可以促进其形成液晶相态。
不同类型的溶剂对于不同种类的高聚物材料具有不同程度的溶解性和作用效果，在选择溶剂时需要综合考虑多种因素。
4. 配位作用配位作用在高分子液晶中起着非常重要的作用。
通过引入含有金属离子的配体或者高分子材料中含有金属离子的侧链，可以形成具有特殊结构和性质的高分子液晶材料。
这种方法不仅可以控制高分子材料的自组装结构，还可以实现高分子液晶材料的光电响应等多种性质。
5. 外场作用外场作用是指通过外加电场、磁场、光场等外界条件来影响高分子液晶自组装结构和相态。
这种方法可以在一定程度上控制高聚物链段之间的相互作用，从而实现对高分子液晶材料性质和结构的调控。
高分子液晶
液晶态：晶态和液态之间的中间相态(部分或全部地丧失平移有序，保留取向有序)液晶：具有液晶态的物质(可以流动，拥有结晶的光学性质, 双折射效应、旋光效应)高分子液晶：具有液晶态的高分子材料，又叫聚合物液晶1888年，奥地利植物学家Reinitzer观察到胆甾醇苯甲酸酯出现了“双熔点”现象。
德国物理学家Otto Lehmann用偏光显微镜观察到了双折射现象。
1889年，将其命名为”liquid crystals(液晶,LCs）”1923年，德国化学家D. Vörlander提出了液晶高分子的科学设想，1 9 3 7 年Bawden等在烟草花叶病毒的悬浮液中观察到液晶态,1972年第一个由液晶高分子纺成的纤维商品化液晶是相态的一种，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。
人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是电浆和液晶。
液晶相要具有特殊形状分子组合才会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。
液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以实现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。
而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。
同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。
分子排列易受外场影响（电场、磁场、温度、光和声）应用1.液晶显示:•小分子液晶•高分子铁电液晶2.先进材料：(a) 结构材料:Kevlar、Xydar (b) 非线性光学材料:光信息技术（光通信、光信息处理、光信息存储、全息技术、光计算机等）高分子液晶分子排列有序，没有对称中心，具有宏观偶极矩(c) 光电子器件(分子导线、OLED、OTFT、有机太阳能电池等)具液晶性的导电高分子分子排列有序，导电性更好3. 精密温度指示材料（通过光的颜色变化）微温传感器检测正常皮肤与肿瘤皮肤温度差（1.6~2.0 C)，诊断早期肿瘤无损检测机器零件裂缝4、分子生物化学方面生物体组织由溶致性大分子液晶构成，从液晶态转变为液态导致病变。
高分子液晶
高分子液晶姓名周翔宇张野张洪洋班级15高加331 学校常州轻工职业技术学院定义：高分子液晶属溶致性液晶、热致性液晶，其聚集状态类似于晶体又类似于液体。
分类：在一定条件下能以液晶形态存在的高分子。
与其他高分子相比，具有液晶相所特有的分子取向序和位置序；与小分子液晶相比，又有高分子量和高分子的特性。
1.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。
2.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。
3.按形成高分子液晶的单体结构，可分为两亲型和非两亲型两类。
两亲型单体是指兼具亲水和亲油（亲有机溶剂）作用的分子。
非两亲型单体则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。
跟小分子相比，高分子液晶的特殊性：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—般溶液显著不同。
4.按分子排列的形式和有序性分：近晶型、向列型、胆甾型结构：在常见的液晶中，致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等通过一刚性连接单元（X，又称中心桥键）连接组成。
构成这个刚性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。
在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲的基团R，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。
性能1.高分子沸点比较高,所以其液晶产品适用温度广.2.小分子液晶由于分子结构较小,容易自由旋转,首尾颠倒,形成我们常说的晶液态,会造成性能不稳定.3.电场通过时,高分子的大分子基团会形成一定的阻抗作用,就是‚格里格拉现象‛,这些阻抗作用会使调节更加精确,误差更小.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。
《高分子液晶》课件
3
形成条件
高分子长链的规整排列和有序堆砌。
高分子液晶的特性
流动性
液晶态的高分子材料具有流动性，可以流动和变形。
光学各向异性
高分子液晶具有光学各向异性，表现为双折射现象。
电学和磁学响应性
部分高分子液晶具有电学和磁学响应性，能够在外加 电场或磁场的作用下改变其性质。
高分子液晶的应用领域
显示技术
利用高分子液晶的电学响应性 和光学各向异性，用于制造平 板显示器、电子书等显示设备
柔性链状高分子液
晶
由柔性链状分子组成，具有较低 的粘度和弹性，主要应用于纤维 、塑料等领域。
侧链型高分子液晶
由侧链含有刚性基团的高分子组 成，具有较好的机械性能和热稳 定性，主要应用于工程材料等领 域。
高分子液晶的结构
层状结构
高分子液晶分子在平面内排列成层状结构，层内分 子相互平行且取向一致，层间分子取向不同。
。
生物医学
高分子液晶材料可应用于药物 载体、组织工程和生物医学成 像等领域。
传感器和驱动器
利用高分子液晶的电学和磁学 响应性，开发传感器和驱动器 等器件。
先进材料
高分子液晶作为新型功能材料 ，在能源、环保等领域具有广
泛的应用前景。
02 高分子液晶的分类与结构
高分子液晶的分类
刚性棒状高分子液
晶
由刚性棒状分子组成，具有较高 的热稳定性，主要应用于光电子 器件等领域。
等，发掘更多潜在应用价值。
电场取向效应
在外加电场的作用下，高分子液晶的 分子能够沿着电场方向取向排列，产 生明显的电场取向效应。
机械性能
韧性
高分子液晶具有较好的韧性，不易脆断。
硬度与耐磨性
第九章液晶高分子
第九章液晶高分子第一节概述一、高分子液晶的进展史人们早已熟知液晶本身和液晶在电子显示器件方面、非线性光学方面的应用。
液晶显示的腕表、计算器、笔记本电脑和高清楚度彩色液晶电视都已做生意品化，液晶的商业用途多大百余种，各类商品多达数千种，它使显示等技术领域发生重大的革命性转变。
液晶的科学史已愈百年，液晶现象是1888年奥地利植物学家Reinitzer在研究胆甾醇苯甲酯时第一观看到的。
他发觉，当该化合物被加热时，在145℃和179℃时有两个灵敏的“熔点”。
在145℃时，晶体转变成混浊的各向异性的液体，继续加热至179℃时，体系又进一步转变成透明的各向同性的液体，而处于145℃和179℃之间的液体部份保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“动的晶体”或“结晶的液体”。
1889年，德国科学家正式将处于这种状态的物质命名为“液晶”。
尔后，很多人对液晶的研究和进展作出了重要奉献。
Friedle确立了液晶的概念及分类，即液晶是集液体和晶体二重性质为一体的物质。
Wiener等进展了液晶的双折射理论。
Bose提出了液晶的相态理论。
Grandiean等研究了液晶分子的取向机理及其结构。
1908年德国化学家Vorlande:提出了第一个关于液晶化合物的体会法那么：能产生液晶态的化合物，其分子应尽可能成直线状。
Vorlander法那么成了那时设计和合成液晶化合物的依据。
1923年，Vorlander在其论文中提出了高分子液晶的假想，他以为：只要还能熔化，而又不发生分解，液晶分子不存在长度的限制。
假设干年后，直到1937年Brawden和Pirie在研究烟草花叶病毒的悬浮液时，发觉其悬浮液具有液晶的特性，这是人们第一次发觉生物高分子的液晶特性。
其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶。
1956年，Flory将其闻名的格子理论用来处置溶致型高分子液晶体系，推导出了刚性或半刚性聚合物溶液的液晶相显现的临界浓度。
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
高分子液晶同时表现出液晶的光学性 质和流动性。
高分子液晶简介
• 结构多样性：由于高分子化合物的结构多样性，高分子液 晶可以呈现出丰富的相态和性质。
高分子液晶简介
功能材料
如光学薄膜、光导纤维等 ，利用高分子液晶的光学 性质和加工性能制备具有 特定功能的材料。
生物医学
如生物相容性材料、药物 载体等，利用高分子液晶 的生物相容性和可降解性 进行生物医学应用。
03
高分子液晶合成与制备方法
传统合成方法回顾
01
熔融共混法
将高分子和液晶材料在高温下熔融共混，然后冷却固化得到高分子液晶
。这种方法简单易行，但液晶相分离和取向控制较难。
02 03
溶液共混法
将高分子和液晶材料溶解在共同溶剂中，通过挥发溶剂或沉淀得到高分 子液晶。这种方法可以实现较好的相分离和取向控制，但需要选择合适 的溶剂和沉淀条件。
稳定性增强
高分子液晶具有较高的稳定性和耐久性，能够抵抗外部环境如温度、湿度、紫外线等因素的影响，提高 显示器件的使用寿命和稳定性。
典型案例分析：TFT-LCD显示技术
TFT-LCD显示技术原理
TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）即薄膜晶体管液晶显示技 术，是一种主动矩阵式液晶显示技术。它采 用薄膜晶体管作为开关元件，控制液晶分子 的排列和取向，从而实现对光的透过与阻挡 。
精确控制反应温度、时间、压力等 参数，确保高分子液晶的合成顺利 进行并达到预期效果。
后续处理工艺
对合成得到的高分子液晶进行必要 的后处理，如热处理、拉伸、退火 等，以改善其性能或实现特定功能 。
04
高分子液晶在显示技术领域应 用
功能高分子——高分子液晶材料
功能高分子——高分子液晶材料高分子液晶材料是一种由高分子化合物组成的材料，具有液晶相特性的特殊分子结构和性质。
由于高分子液晶材料具有优异的物理、化学和光学性能，广泛应用于光电显示、光学器件、生物医学、纳米技术等领域。
本文将重点介绍高分子液晶材料的特性、合成方法以及应用前景。
高分子液晶材料的特性主要包括以下几个方面。
首先，高分子液晶材料具有高的机械强度和化学稳定性，可以在广泛的环境下使用。
其次，高分子液晶材料具有自组装性能，可以形成有序排列的分子结构，展示出特殊的液晶相。
此外，高分子液晶材料还具有优异的导电、发光、感光等性能，可广泛应用于光电显示和光学器件领域。
高分子液晶材料的合成方法主要有两种。
一种是通过聚合反应合成高分子液晶材料，包括自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等反应方式。
另一种方法是通过高分子功能化合成高分子液晶材料，即在已有的高分子链上引入液晶基团或共聚物中含有液晶单体。
合成高分子液晶材料需要考虑合成的效率、纯度和控制精度等方面的问题。
高分子液晶材料的应用前景十分广阔。
首先，在光电显示领域，高分子液晶材料可以应用于液晶显示器、有机发光二极管（OLED）等设备的制备。
其次，在光学器件领域，高分子液晶材料可以应用于光电调制器、偏振器、光纤等设备的制造。
此外，高分子液晶材料还可以应用于生物医学领域，如用于组织工程材料、药物传递系统等方面的研究。
总之，高分子液晶材料以其独特的性能和结构在科学研究和工业应用中发挥着重要作用。
随着科技的进步和社会的发展，高分子液晶材料在光电显示、光学器件、生物医学等领域的应用前景将进一步拓展，有望在未来的科学研究和工业生产中得到更广泛的应用。
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。
高分子液晶
3.高分子液晶的分子结构特征
3.1 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。
4.液晶的光学特征与织构
利用POM可以研究溶 致液晶态的产生和相分离 过程，热致液晶的物质软 化温度、熔点、液晶态的 清亮点、液晶相间的转变 温度及液晶态织构和取向 缺陷等形态学问题。
4.液晶的光学特征与织构
n⊥=no
n∥=ne
no，寻常光，ne非寻常光
LC director n
Δn=ne-no
1 TLC
C1
C2 Mn
其中，C1和C2为常数。
3.3.1 主链型高分子液晶的相行为
3）连接单元及取代基的影响
主链型高分子液晶中致晶基团间的连接单 元的结构明显影响其液晶相的形成。间隔 基团的柔性越大，液晶清亮点就越低。
取代基极性越大，高分子液晶的清亮点越 高。取代基对称程度越高，清亮点也越高。
致晶单元形 致状晶单元呈棒状的，有利于生成向列型
或近晶型液晶；致晶单元呈片状或盘状的， 易形成胆甾醇型或盘型液晶。
3.2.1 内部因素对液晶形态与性能的影响
分子构型和分子间力
热致性高分子液晶相态和性能影响最大 的因素。分子间力大和分子规整度高虽然 有利于液晶形成，但是相转变温度也提高， 使液晶形成温度提高，不利于液晶的加工 和使用。
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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。
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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
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。
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
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。
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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
（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。
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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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
(Liquid Crystal Polymer, LCP)
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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 Cllar3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