四液晶高分子详解PPT课件
合集下载
液晶高分子课件(带目录)
液晶高分子课件1.引言液晶高分子（LiquidCrystalPolymer，简称LCP）是一类具有液晶相态的高分子材料，因其独特的物理和化学性质，在众多领域得到广泛应用。
本文将对液晶高分子的基本概念、性质、制备方法及应用进行详细介绍。
2.液晶高分子的基本概念（1）分子链在液晶相中具有一定的取向有序性；（2）液晶高分子具有各向异性，即在不同方向上具有不同的物理和化学性质；（3）液晶高分子具有热塑性，可通过加热熔融进行加工；（4）液晶高分子具有良好的热稳定性和力学性能。
3.液晶高分子的性质3.1热稳定性3.2力学性能液晶高分子的力学性能优异，具有高强度、高模量等特点。
这主要得益于分子链的取向有序性以及分子链间的紧密排列。
3.3各向异性液晶高分子的各向异性表现为在不同方向上具有不同的物理和化学性质。
这种各向异性使得液晶高分子在特定应用领域具有独特优势。
4.液晶高分子的制备方法4.1溶液聚合溶液聚合是将液晶单体溶解在特定溶剂中，通过引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法操作简便，但需选用适宜的溶剂和引发剂。
4.2悬浮聚合悬浮聚合是将液晶单体分散在非溶剂介质中，通过引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法可实现较高分子量液晶高分子的制备，但聚合过程较复杂。
4.3乳液聚合乳液聚合是将液晶单体分散在水相中，通过乳化剂和引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法适用于制备具有特定形态的液晶高分子。
5.液晶高分子的应用液晶高分子在众多领域具有广泛的应用，主要包括：5.1电子电器液晶高分子具有良好的绝缘性能和热稳定性，适用于制备高性能电子元器件，如电路板、连接器等。
5.2高性能纤维液晶高分子纤维具有高强度、高模量等特点，可应用于航空航天、军工等领域。
5.3生物医学液晶高分子具有良好的生物相容性和降解性能，可用于制备药物载体、生物支架等。
6.结论液晶高分子作为一种具有独特性质的高分子材料，在众多领域具有广泛的应用前景。
第四章液晶高分子详解
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。
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。
液晶高分子材料 PPT课件
33
（2）接枝共聚
这类合成方法的通式如下：
AAA
+B
AAA BBB
例如将含致晶单元的乙烯基单体与主链硅原子 上含氢的有机硅聚合物进行接枝反应，可得到主链 为有机硅聚合物的侧链型高分子液晶。
34
（3）缩聚反应
这类合成方法的通式如下：
AB n
[ A BA B ]n + （n-1) ab
例如，将含有致晶单元的氨基酸通过自缩合 即可得到侧链型高分子液晶。
含有双键、三键的二苯乙烯、二苯乙炔类的液 晶的化学稳定性较差，会在紫外光作用下因聚合或 裂解失去液晶的特性。
23
外部因素对高分子液晶形态与性能的影响
除了内部因素外，液晶相的形成也赖于外部条 件的作用。外在因素主要包括环境温度和溶剂等。
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。
清亮点Tcl：当化合物在升高温度时突然变为各向同性的 透明液体时，相应的转变温度称为清亮点
共聚酯液晶的清亮点Tcl随其相对分子质量的增加 而上升。当相对分子质量增大至一定数值后，清亮
点趋于恒定。布鲁斯坦(Blurmstein)据此总结出一经
验公式为：其中，C1和C2为常数。
1 TLC
C1
C2 Mn
高分子液晶材料
液晶态相关概念 高分子液晶分类 高分子液晶结构及性能 高分子液晶材料表征方法 高分子液晶的应用
1
什么是液晶（LC)？
某些物质受热熔融或被溶剂溶解后，虽然它有液体的流 动性，但却保持着晶态物质分子的有序性，体现出晶体的各 向异性,形成一类兼有晶体和液体部分性质的过渡态， 这种 中间状态状称为液晶态。
（2）接枝共聚
这类合成方法的通式如下：
AAA
+B
AAA BBB
例如将含致晶单元的乙烯基单体与主链硅原子 上含氢的有机硅聚合物进行接枝反应，可得到主链 为有机硅聚合物的侧链型高分子液晶。
34
（3）缩聚反应
这类合成方法的通式如下：
AB n
[ A BA B ]n + （n-1) ab
例如，将含有致晶单元的氨基酸通过自缩合 即可得到侧链型高分子液晶。
含有双键、三键的二苯乙烯、二苯乙炔类的液 晶的化学稳定性较差，会在紫外光作用下因聚合或 裂解失去液晶的特性。
23
外部因素对高分子液晶形态与性能的影响
除了内部因素外，液晶相的形成也赖于外部条 件的作用。外在因素主要包括环境温度和溶剂等。
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。
清亮点Tcl：当化合物在升高温度时突然变为各向同性的 透明液体时，相应的转变温度称为清亮点
共聚酯液晶的清亮点Tcl随其相对分子质量的增加 而上升。当相对分子质量增大至一定数值后，清亮
点趋于恒定。布鲁斯坦(Blurmstein)据此总结出一经
验公式为：其中，C1和C2为常数。
1 TLC
C1
C2 Mn
高分子液晶材料
液晶态相关概念 高分子液晶分类 高分子液晶结构及性能 高分子液晶材料表征方法 高分子液晶的应用
1
什么是液晶（LC)？
某些物质受热熔融或被溶剂溶解后，虽然它有液体的流 动性，但却保持着晶态物质分子的有序性，体现出晶体的各 向异性,形成一类兼有晶体和液体部分性质的过渡态， 这种 中间状态状称为液晶态。
液晶高分子PPT讲稿
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。
1.4 高分子液晶
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。
晶体转变为混浊的各向异性液体
转变为透明的各向同性的液体
处于之间的液体保留了晶体物质分子的有序排列，被称为 “液晶”。
液晶的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。
1.2 液晶分子结构特点
形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构，分子的长 宽比例R>>1，呈棒状或近似棒状的构象。
b) 向列型液晶，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。
c) 胆甾型液晶，在属于胆甾型液晶的物质中，有许多是
形成液晶的物质还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。
大多数液晶分子中都含有苯环或其它环状结构。
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。
单晶
球晶的偏光显微照片
(黑十字消光图像)
液晶高分子课件
1 液晶的定义
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。
液晶高分子PPT讲稿-2024鲜版
•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•液晶高分子材料性能评价•液晶高分子在显示技术中应用•液晶高分子在其他领域应用拓展•总结与展望contents目录定义光学性质分子排列可调控性定义与特点20世纪初20世纪60年代现状液晶高分子已成为显示技术、光电子器件等领域的重要材料。
随着科技的不断发展，液晶高分子的性能和应用领域仍在不断拓展。
显示技术光电子器件•生物医学：用于制造生物芯片、生物传感器等医疗器械。
前景随着科技的不断发展，液晶高分子的性能和应用领域仍在不断拓展。
未来，液晶高分子有望在柔性显示、可穿戴设备、智能家居等领域发挥更大作用。
分子结构特点有序排列刚性分子链液晶高分子的分子链在空间中呈现有序排列，形成特定的晶体结构，这是液晶性质的基础。
各向异性液晶相变行为温度诱导相变随着温度的变化，液晶高分子可以发生从晶态到液晶态，再到各向同性液态的相变过程。
压力诱导相变在某些情况下，压力也可以诱导液晶高分子发生相变。
电场和磁场诱导相变液晶高分子在电场和磁场作用下也可以发生相变，这种相变行为在显示器件等领域有重要应用。
物理化学性质光学性质液晶高分子具有独特的光学性质，如双折射、旋光性等，这些性质使得液晶高分子在显示器件、光学器件等领域有广泛应用。
力学性质由于分子链的刚性和有序排列，液晶高分子通常具有较高的力学强度和模量。
热学性质液晶高分子的热学性质也表现出各向异性，如热膨胀系数、热导率等在不同方向上有所不同。
电学性质液晶高分子在电场作用下可以发生取向变化，表现出一定的电学性质，如介电常数、电导率等。
活性聚合缩聚反应开环聚合030201合成方法与路线设计原料选择与反应条件优化选用高纯度、低杂质含量的单体和引发剂，确保产物质量和性能。
根据单体和引发剂的活性，选择合适的反应温度，提高聚合速率和产物分子量。
控制反应时间，确保聚合反应充分进行，同时避免过度聚合导致产物性能下降。
选用合适的溶剂，提高单体和引发剂的溶解度，促进聚合反应的进行。
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
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
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
《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
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。 单体液晶（monomer liquid crystals，MLCs）
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。
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
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：
10
3.根据形成液晶的条件
热
固体
冷பைடு நூலகம்
液晶
固体
+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）
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)。
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，
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。
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。
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。
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。
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。 单体液晶（monomer liquid crystals，MLCs）
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。
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
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：
10
3.根据形成液晶的条件
热
固体
冷பைடு நூலகம்
液晶
固体
+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）
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)。
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，
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。
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。
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。
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。