高分子材料论文

液晶高分子浅谈

——对液晶高分子的调研总结

作者：07 级材料物理刘金妹

摘要：介绍液晶以及液晶高分子的概念，液晶的结构和液晶高分子的分类和其在现在社会中的重要应用。

关键字：中介相液晶原各向同性各向异性介绍：液晶是介于液相和晶相之间的中介相。其物理状态为液体，而具有与晶体类似的有序性。目前认为的物质稳定态有三种，即固态，液态和气态。但实际上还存在第四状态，及固液共存态。

液晶高分子正是这样一种物质。如果为液晶分子加上电压，液晶分子会发生扭曲，从而使透过它的光发生偏折，所以液晶高分子可以用来制造显示器。液晶高分子由液晶基元和柔性间隔以化学键结合而成。由于它们兼具液晶的取向有序性和位置有序性及高分子的长键分子特性等优异性能，使得它们成为全世界的学术研究机构与大公司实验室都极为关注的材料。

在自然界就存在天然液晶高分子，如纤维素衍生物、多肽及蛋白质、DN和RN等。与它们对应的是合成液晶高分子。根据液晶态形成的条件，可以将液晶高分子分为溶致液晶高分子和热致液晶高分子。

它们分别在一定浓度的溶液中或在一定温度范围内表现出液晶性。这种溶致性或热致性决定了在制备液晶高分子材料时采用的工艺技术。

1.液晶和液晶态

一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解之后，表观上虽然

失去了固体物质的刚性，变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍

然保持着一维或二维有序排列，呈现为有序的流动相，从而在物理性 质上呈现出各向异性，形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态, 这种中介状态称为液晶态，处在这种状态下的物质称为液晶。只有进

步升高温度到一定值时，才会发生液晶相向各向同性相的转变。

研究表明，形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构，分子的长

度和宽度的比例R?1,呈棒状或近似棒状的构象，这样的结构部分称 为液晶原或介原，是实现液晶各向异性的重要结构因素。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。 这样的结构 特征常常与分子中含有对位苯撑、强极性基团和高度可极化基团或氢 键相联系，因为苯环上的电子云的极化率很大， 极化结果又总是相吸 引的，导致苯环平面间的叠层效应，从而稳定介原间的有序排列。此

外，液晶的流动性要求分子结构上必须含有一定的柔性部分， 如烷烃 链等。小分子液晶几乎无一例外地含有这类结构的 “尾巴”,如4, 4'

—二甲氧基氧化偶氮苯。

此化合物的熔点为116C ，加热熔融时，最初形成浑浊的液体,

流动性与水相近，但又具有光学双折射。当温度继续升高到134C 时, 才变为各向同性的透明液体。后面这个过程也是热力学一级转变过程, 相应的转变温度称为清晰点。从熔点到清晰点之间的温度范围内， 物 质为各向异性的熔体，形成液晶。

因此形成液晶的条件是：当晶体熔化时，分子获得各种位移或转 CH 厂0

N —N N CH 3

动自由所需的条件（温度、压力等）有很大的差别。满足这种条件的分子的结构特点是：

（1）分子应是刚性的，有明显的形状，各向异性，如棒状、碟

状等；

（2）分子间应有强的相互作用。

这也是液晶性分子中通常具有芳环、不饱和键和极性基团的缘故。

2.液晶的分类

这里主要介绍一下因形成条件和形态的分类

1）按液晶形成条件分类

按液晶的形成条件，液晶可分为溶致型和热致型两类。溶致型液晶是液晶高分子在溶解过程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；热致型液晶是三维各向异性的晶体在加热过程中不安全失去晶体特征，保持一定的有序性构成的液晶。

热致型液晶是通过加热而呈现液晶的物质，多数液晶是热致型液

晶。在热致型液晶的形成过程中温度起了重要作用，随着温度的变化，

会出现固体、各向异性的液晶态、各向同性的液体，其中重要的转变

温度有熔点、玻璃化温度和清亮点温度。

溶致型液晶是因加入溶剂（在某一浓度范围内）而呈现液晶态的

物质。溶致型液晶又分为两类：一类是双亲分子（如脂肪盐、表面活性剂及类脂等）与极性溶剂组成的二元或多元体系，其液晶态可分为层状相、立方相和六方相等三种，它们主要是溶致型的侧链型液晶；另一类是非双亲刚棒状分子

（如多肽、核酸及病毒等天然高分子和聚

对苯二甲酰对苯二胺等合成高分子）的溶液，它们的液晶态可分为向列相、近晶相和胆甾相三种，它们主要是形成溶致型的主链型液晶。

此外，在外场（如压力、流场、电场、磁场和光场等）作用下进入液晶态的物质称为感应液晶。例如，聚乙烯在某一咼压下出现液晶态称为压致液晶，聚对苯二甲酰肼在施加流动场后呈现的液晶态是典型的溶致型液晶。

（2）按液晶的形态分类

大多数热致型液晶和棒状溶致型液晶高分子按液晶分子的排列方式（即液晶相态有序性）可分为向列型、近晶型和胆甾型三种。上

述三种晶相结构液晶的结构示意图见图9-1。

SI

近晶结构

图9 —1三种不同形态的液晶结构示意图

用符号N表示。

向列型液晶结构近晶型液晶结构胆甾醇型

①向列型晶相液晶(nematic liquid crystal), 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沿此方向

流动，是三种晶相中流动性最好的一种液晶，其高分子熔融体或高分子溶液的粘度最小。

②近晶型晶相液晶(smectic liquid crystal) ，用符号S 来表示。

近晶型液晶在所有液晶中最接近固体结晶结构，并因此而得名。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铀方向的层状绍构。在