高分子液晶
高分子液晶材料的结构
高分子液晶材料的结构高分子液晶材料是一种具有有序结构的聚合物材料，其结构是由高分子链和液晶基团组成的。
高分子液晶材料中的液晶基团是一种含有扁平或柔性环形结构的化学基团，它们具有高分子链的延展性和可塑性，并且能够在外界作用下改变其形状和排列方式。
这种液晶基团能够使高分子材料具有液晶相，即具有有序排列的分子结构。
液晶基团的结构可以分为两类：侧链型和主链型。
侧链型液晶高分子材料中，液晶基团通过共价键连接到高分子链上，使得高分子链的某些段具有液晶性质。
主链型液晶高分子材料中，液晶基团直接作为高分子链的一部分，整个高分子链都具有液晶性质。
高分子链是高分子液晶材料的另一个组成部分，它是由重复单元构成的聚合物链。
高分子链的结构和性质决定了液晶材料的力学性能和热性能。
常见的高分子链有聚酯、聚酰胺、聚醚等。
高分子链中的化学键有着不同的刚度和柔性，这会影响高分子链的可弯曲性和液晶相的稳定性。
高分子液晶材料在液晶相中具有特定的排列方式。
常见的排列方式有列相、层相和体相。
列相是指高分子链在一个方向上有序排列，形成柱状结构，这种排列方式适用于侧链型液晶高分子材料。
层相是指高分子链在平面上有序排列，形成层状结构，这种排列方式适用于主链型液晶高分子材料。
体相是指高分子链在三个维度上都有序排列，形成立体排列的结构。
高分子液晶材料的结构可以通过各种方法进行调控和改变。
其中影响液晶相行为的因素包括高分子链的长度、侧链的长度和取向、高分子链和侧链之间的作用力以及外界温度和压力等。
通过调整这些因素，可以改变高分子液晶材料的液晶相稳定性、相转变温度和机械性能等。
高分子液晶材料由于其特殊的结构和性质，在光电、电子、光学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
通过研究高分子液晶材料的结构和性能，可以为其应用提供理论和实验依据，推动高分子液晶材料的发展与应用。
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。
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
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。
高分子液晶
01
液晶概述
液晶定义与特性
定义 光学性质 电学性质 流动性
液晶（Liquid Crystal）是一种介于液态和晶态之间的物质状态， 具有液体的流动性和晶体的光学各向异性。
典型案例分析
01
02
03
04
05
基板制备
薄膜晶体管（TFT） 液晶层制备 制备
偏振片与背光模组 驱动电路与控制系
组装
统设计
选用透明导电材料如ITO （氧化铟锡）作为基板，并 进行清洗、烘干等预处理。
在基板上制备薄膜晶体管， 用于控制每个像素点的开关 状态。
将高分子液晶材料涂覆在两 块基板之间，形成液晶层。 通过控制液晶层的厚度和液 晶分子的排列，实现光的调 制和图像显示。
行业挑战应对
面对激烈的市场竞争和不断变化的市场需求，高分 子液晶材料行业需要不断创新，加强产学研合作， 提高自主创新能力，同时关注政策法规的变化，及 时调整发展策略。
THANK YOU
传感器件领域：温度、压力等传感器设计
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，具有响应快、精度高、稳 定性好等优点。
压力传感器
高分子液晶在压力作用下可发生形变，进而改变其光学性质，可用于设计压力传感器， 具有灵敏度高、结构简单等特点。
06
高分子液晶未来发展趋势与挑 战
新型高分子液晶材料设计思路探讨
原位聚合法
在液晶材料存在下，通过高分子单体的原位聚合得到高分子液晶。优点是液晶材料能够均匀分散在高分 子基体中，且无需使用大量有机溶剂；缺点是聚合反应条件较为苛刻，难以控制。
高分子液晶及复合材料新概念
这种分子复合材料的概念已被用以通过加入少量的刚 性分子来显著提高普通柔性的热塑性和热固性聚合物， 甚至橡胶一类弹性体的力学性能。
二、分子复合材料
(一)新概念提出的背景
1979：Husman etal. 美国空军材料研究室首先提出了“分子复
合材料”的构想。 所谓分子复合材料是指将刚性棒状分子分
散到柔性链分子基体中，使它们尽可能达到分 子分散的水平。
提出“分子复合材料”的构想基本基于以下考虑：
1.孤立伸直链分子的强度要比同种聚合体纺制的纤维 强度高一个甚至几个数量级。原因是我们很难制得完 全取向和无疵点的纤维。
I + H2N
+
ClCO
NH2 COCl
N6 PPTA N6
2)无规共聚
O
(N
O
NC
H
H
O
C )x ( N H
O NC H
O PPOT
C )y (x:y=50:50)
[O
O NC H
OH
] C N
[ C OH
Cure
O
O
O NC H
O
] C N
C
n
O
MC制备：
PPOT NMP+ CaCl2 溶解
两相体系中分散相形态是如何形变的? 分散相液滴的形变和破裂是分散相粘度和介质粘
度 比 （ λ ＝ μα/μm ） 及 Weber 准 数 或 表 面 张 力 数 （capillary number）的函数。Weber准数是作用在液 滴上的粘性应力和两相间的界面应力之比，即
高分子液晶材料
的最近层间距离称为胆甾醇型液晶的螺距。
这类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。
3、根据高分子液晶的形成过程分类 根据形成液晶的条件（熔融和溶解），还可以将液晶分成溶 液型液晶（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，产生各向异性特征构成液晶）和热熔型液晶（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）。
123
1234
2、按液晶的形态分类 液晶的相态结构（晶相），是指液晶分子在形成液晶相时的 空间取向和晶体结构。液晶的晶相主要有以下三类：(图5-1所示)
①、向列型晶相液晶
用符号N来表示。
在向列型液晶中，液晶分子刚性部分之间相互平行排列，但 是其重心排列无序，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流动，是在三种晶相中流动 性最好的液晶。 ②、近晶型晶相液晶 通常用符号 S 来表示，在所有液晶中最接近固体结晶结构。 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
在表5-3中给出了部分常见高分子液晶的分子结构和相应的参
考文献。
（下接续表）
1233455
第二节 高分子液晶的性能分析与合成方法
一、溶液型侧链高分子液晶
溶液型液晶分子（小分子液晶）的结构 根据定义，溶液型液晶是，液晶分子在另外一种分子体系中 进行的有序排列。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—端呈现亲油性。 溶液型液晶（小分子液晶）的形成过程 在溶液中，当液晶分子浓度达到一定浓度时，两亲性液晶分 子可以在溶液中聚集成胶囊，构成油包水或水包油结构；
《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
液晶高分子
液晶的定义
物质的存在形式除人们熟悉的液态、晶态、和气态 以外，还有等离子态、无定形态、超导态、中子态、 液晶态等其他聚集态结构形式。
液晶态是物质的一种存在形态，它具有晶体的光 学各向异性性质，又具有液体的流动性质。它具有 晶体的光学各向异性性质，又具有液体的流动性质 。
如果一个物质已部分或全部的丧失了其结构上的 平移有序性而仍保留取向有序性，它即处于液晶态。 液晶态与晶态的区别在于它部分缺乏或完全没有平 移序，而与液态的区别在于它仍然存在一定的取向 有序性。
液晶高分子的分类
根据结构有序性的类型与程度，液晶有： 向列型晶相液晶、近晶型晶相液晶、胆甾醇 型液晶等。
液晶相依其生成条件，可分为：热致液晶 相、溶致液晶相以及因其他外场（压力、电 场、磁场、光照等）作用诱发产生的场致 液晶相等。
液晶高分子的应用
（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
液晶高分子聚合物是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LCP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。
低温下它是晶体结构，高温时则变为液体，在中间 温度则以液晶形态存在。
热致
液晶高分子的发现
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。
液晶高分子材料
液晶高分子材料液晶高分子材料是一种具有特殊结构和性能的材料，它在液晶状态下具有液体的流动性，同时又具有固体的有序性。
液晶高分子材料通常由高分子主链和液晶基团组成，通过特殊的加工工艺可以制备成具有特定性能的材料，广泛应用于显示器件、光学材料、传感器等领域。
本文将从液晶高分子材料的结构特点、制备工艺和应用领域等方面进行介绍。
首先，液晶高分子材料的结构特点。
液晶高分子材料的主链通常是由碳、氢等元素组成的高分子链，而液晶基团则是具有液晶性质的分子单元。
这些液晶基团在高分子主链上的排列方式和空间取向对材料的性能具有重要影响。
通常液晶高分子材料可以分为低分子液晶高分子和高分子液晶高分子两类，它们的结构特点和性能表现有所不同。
其次，液晶高分子材料的制备工艺。
液晶高分子材料的制备通常包括原料选择、聚合反应、加工成型等步骤。
在原料选择方面，需要选择具有液晶性能的液晶基团和适合的高分子主链，通过化学合成或物理混合的方式将它们组装成液晶高分子材料。
在聚合反应中，需要控制反应条件和聚合度，以获得理想的分子结构和分子量。
在加工成型中，需要利用特殊的加工设备和工艺，将液晶高分子材料制备成薄膜、纤维、片材等形式，以满足不同领域的需求。
最后，液晶高分子材料的应用领域。
液晶高分子材料具有优异的光学性能、电学性能和机械性能，因此在显示器件、光学材料、传感器等领域有着广泛的应用。
在液晶显示器件中，液晶高分子材料作为液晶材料可以实现信息的显示和传输，广泛应用于电视、电脑显示屏等设备中。
在光学材料领域，液晶高分子材料可以制备成具有特殊光学性能的材料，用于制备偏光片、光学波片等光学元件。
在传感器领域，液晶高分子材料可以利用其对外界环境的敏感性，制备成温度传感器、压力传感器等传感器元件。
总之，液晶高分子材料具有特殊的结构和性能，通过合理的制备工艺可以制备成具有特定性能的材料，广泛应用于显示器件、光学材料、传感器等领域。
随着科学技术的不断发展，相信液晶高分子材料在未来会有更广阔的应用前景。
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。
液晶高分子材料
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
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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。
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（1）共聚酯中柔性链段含量与分布的影响
研究表明，完全由刚性基团连接的分子链由 Nhomakorabea于熔融温度太高而无实用价值，必须引入柔性链段
才能很好呈现液晶性。柔性链段越长，液晶转化温
度越低，相区间温度范围也越窄。柔性链段太长则
失去液晶性。交替共聚酯无液晶性，而嵌段和无规
分布的共聚酯均呈现液晶性。
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（2）相对分子质量的影响
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，流动行为与一般小分子溶液显著不同
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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。
通过柔性连接单元连接组成。
连接单元常见的化学结构包括亚氨基（－C＝ N－）、氧化偶氮基（－NO＝N－）、酯基（－ COO－）和乙烯基（－C＝C－）等。
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在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲
的取代基（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
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
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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]。
高分子液品的介电性能和导电性能液晶介电各向异性特征是决定液晶分子在电场中行为的主要参数。
液晶介电各向异性决定于液晶分子结构中所含有的永久偶极矩和分子极化度,沿分子轴极化度,如大于垂直分子轴的极化度,则得到正介电各向异性液晶,反之得到负电各向异性液晶[7]。
高分子液晶的研究进展及应用3.1. 纤维素液晶[ 9-10]1976年,D G Gary首次报道了纤维素液晶的衍生物—羟丙基纤维素,分子量为105,它的2% ～5%水溶液能形成具有彩虹色彩,强烈双折射和旋光性的胆甾型液晶溶液。
纤维素衍生物在如水、乙酸、丙酮等多种溶剂中都能形成液晶相。
在偏光显微镜下可以观察到液晶溶液的多种织构,如圆盘织构、条纹织构、平面织构、假各向同性织构和指纹织构等。
这些织构的存在与溶液的温度、浓度等外界条件有很大的关系。
另外,还可以观察到多种向错结构。
含纤维素衍生物的胆甾型液晶高分子复合物的合成使电子显微镜、原子显微镜等在研究胆甾型液晶精细结构上得到应用,这使得胆甾型液晶结构的研究达到了更为微观的层次。
由于纤维素的液晶溶液可仿制高强度高模量的新型高分子复合材料,且对于半刚性链高分子液晶相的研究是一个很好的模型化合物。
所以,我们要开发更多性质更好的液晶纤维素产品,如高强高模纤维、高性能纤维素液晶复合材料、高性能纤维素液晶分离膜及特殊光学材料。
3.2.甲壳素类液晶[11-13]由于分子中存在多种形式氢键的基团,因而存在微晶结构,熔点高于分解温度,不能熔融,也难以溶解,只溶于少数几种特殊溶剂如甲磺酸等。
甲壳素具有螺旋或双螺旋结构,一般都呈胆甾相,还具有键刚性和结晶性,还可通过化学反应改性目的制成甲壳素酯、甲壳素醚甲壳素的N2 乙酰化衍生物。
由于甲壳素分子间的强氢键作用,分子易形成紧密的分子束,有很好的成纤倾向,甲壳素可在合适的溶剂中溶解而被制成具有一定浓度、一定粘度和良好的稳定性的溶液,这种溶液具有良好的可纺性。
甲壳素具有生物活性、生物相容性和生物的可降解性,无毒(LD50 16 g/kg体重)。
而且可以成膜或成纤,因而可在医用材料方面有广泛的应用。
最近将甲壳素的衍生物—甲壳胺制成无纺布的人造皮肤,甲壳素的巨大蕴藏量和衍生途径的多样性,使甲壳素类液晶的研究有着重要的科学价值。
被广泛应用于工业、农业、医学、环保等领域,有关甲壳素材料的研究被认为是21世纪最有希望的多糖研究。
3.3.铁电液晶[ 14～16 ]铁电液晶的分子排列成层状,层层堆砌,层内分子互相平行,但相对层面发现呈倾斜指向(层间距小于分子长度) ,层与层之间形成沿层面法线的螺旋状排列,铁电液晶相具有与分子垂直且与层面平行的自发性极化矢量Ps,呈现铁电性(铁电性是指液晶分子在电场或磁场作用下,其极化方向发生改变的特性)。
铁电液晶既有显示方面的应用,又有光电性质,特别是它的非线性光学性质[所谓非线性光学效应(NLO)是指强相干光(如激光)在非线性介质中传播时,光波与物质分子相互作用,其电场引起介质产生的非线性极化效应]。
非线性光学效应是现代通讯系统中光电子原器件发射、处理和贮存光信号的核心问题之一。
铁电液晶有机非线性光学材料具有响应速度快,激光损伤阈值高,支流介电常数低,吸收系数低以及化学和结构稳定等优良特性。
特别是在液晶显示材料领域,国内已有形成批量生产规模的企业出现,如石家庄实力克液晶材料有限公司、清华亚王液晶材料有限公司等已开发出或正在开发T N、ST N和TFT2 LCD混晶材料的手性液晶添加剂,取得了良好的经济效益,大大推动了我国液晶显示用液晶材料的发展与进步。
对于铁电液晶高分子,其应用领域主要是光记录和贮存材料、显示材料、铁电和压电材料、非线性光学材料,以及具有分离功能的材料和光致变色材料。
3.4.盘状液晶[ 17 ]盘状液晶的典型结构特点是盘状分子排列成柱状堆积。
人们首先研究各种具有盘状对称分子结构的化合物的液晶性质,发现了众多以苯环为核心的,由对称性良好的非极性分子组成的盘状液晶。
后来又发现了以非苯环为中心的盘状或平板状对称分子组成的盘状液晶,以及通过分子间或分子内作用力能形成盘状或平板状对称组合体的液晶。
1977年S.Chandrasekhar等人首次发现均六苯酚的酯类化合物具有盘状液晶性质,由于该类盘状液晶在分子结构、相变行为,以及物理性质等方面均表现出有别于传统热致液晶的特点(盘状液晶具有高度的对称性,因而表现为较宽的相变行为,并具有较高的焓变和较大的折射指数)。
具有电子给受体的盘状液晶由于具有在柱状体内相邻∏体系间的较小重叠而导致的电荷载体的低流动性,因而可望成一类新型的有机半导体材料或有机光导体材料,具有潜在应用前景。
3.5.卤代液晶[18 ]卤代液晶是液晶分子的端基、侧向位置、手性中心桥键上含有F、Cl、Br、I原子的液晶。
由于卤原子和含卤原子基团的强吸电子性,引入它们会对液晶分子的极性及极化度产生影响。
根据其电负性的大小,所在的液晶体系,在分子中的位置及数量,卤原子赋于液晶不同的性能,如端卤代液晶在芳香体系增加向列相稳定性,卤代液晶在多路驱动高响应速度的混合液晶中应用广泛,且具有以下性能: ①因引入卤原子而具有熔点降低,近晶相被抑制或消除的特性,可以调配宽向列相范围的向列相混合液晶; ②具有适中的电光性能、粘度、热、光、化学稳定性较高;③具有正疏水参数,高的电压保持性,适合AMLCD和PDLCDS等高性能液晶显示器的要求; ④在铁电和反铁电液晶中引入卤原子增大自发极化值Ps3或作为主体液晶产生Sc3相,如三联苯的单侧向氟取代化合物。
卤代液晶的蓬勃发展和广泛应用是上世纪8年代中期以后的事,这是与各种高性能液晶显示器的发展密切相关的,迄今研究最广,应用最多的主要是含氟液晶,其次是含氯液晶,溴代和碘代主要用作液晶的中间体。
卤原子和含卤基团被引入不同类型的液晶分子的不同位置,取决于它们的电负性大小基团的大小,以及数量对液晶分子的极化度各向异性,分子堆积的紧密程度,空间位阻等造成的不同影响,从而影响液晶的电、光、粘度和相行为一系列物理性能,这就为调配各种高性能混合液晶提供了广阔的选择余地。
3.6.热致性高分子液晶—塑料[19-20]由于芳族聚酰胺和芳族杂环液晶高分子都是溶致性的,即不能采取熔融挤出的加工方法,因此在高性能工程塑料领域的应用受到限制。
以芳族聚酯液晶高分子为代表的热致性液晶高分子正好弥补了溶致性液晶高分子的不足。
目前已经实现商品化的热致性液晶高分子聚芳酯大体分为三种类型:即以Amoco 公司的Xylar 和Sumitomo公司Ekonol 为代表的Ⅰ型,以Hoechst2Celanese公司的Vectra 为代表的Ⅱ型和以Unitika 公司的Rodrun LC 5000为代表的Ⅲ型。
Ⅰ型属联苯系列,分子和基本成分为对羟基苯甲酸(HBA)、4 ,4′联苯二酚(BP)以及不同比例的对苯二甲酸(TPA)和间苯二( IPA);Ⅱ型属萘系列,主要成分是HBA和6 羟基2 萘酸(HNA); Ⅲ型为HBA 与PET的共聚产物。
Ⅰ型耐热性最好,适合于要求高温性能的场合,但加工比较困难; Ⅲ型热性能差些; Ⅱ型的综合性能较好,耐热性居中。
我国洪定一等研究了PET/ 60PHB共聚酯体系。
用NMR、DSC等方法对其结构和液晶性进行了分析,结果表明,聚合物PET/60PHB是PET和PHB的无规共聚酯,属向列型热致液晶。
加工试验表明,该共聚酯具有优良的加工流动性,其力学性能、耐热性能及电绝缘性均达到或超过了国外同类产品水平,其中拉伸强度超过600 MPa、热膨胀系数接近于陶瓷的数值,这两项独特性能展示了此液晶共聚酯作为工程塑料所独具的广泛应用前景。
结语甲壳素及10余种衍生物都有液晶性,已形成了天然高分子液晶中主要的一类。
而且由于甲壳素的巨大蕴藏量和衍生途径的多样性,甲壳素类液晶的研究有着重要的科学价值,但目前深入的基础研究还很少,特别是国内的研究只是刚刚起步。
除了进一步研究甲壳素液晶形成的结构因素和液晶结构的产生规律等液晶态基本问题外,还有以下几个方面值得关注: ①有使用价值的热致性甲壳素液晶的研制,含甲壳素液晶的复合材料的开发; ②研究衍生物结构与胆甾相螺距的关系,制备可控螺距范围是材料用于热色显示等; ③液晶膜在分离方面的应用; ④甲壳素在活体组织中的液晶行为。
总之,随着高分子液晶的理论日臻完善,其应用日益广泛,人们不仅开发了大量的高强、高模以及具有显示和信息存储功能的高分子液晶材料,同时还在不断探索在其他领域的应用。
液晶高分子由于其区别于其它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可以肯定,作为一门交叉学科,高分子液晶材料科学必将在高性能结构材料,信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面发挥越来越重要的作用[21]。