高分子液晶材料的应用及发展趋势

# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势

王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎

( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021)

摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。

关键词液晶高分子液晶研究进展

Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials

Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021)

Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields.

Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress

1 液晶的发现

液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。液晶的发现可以追溯到1888年,奥

地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。

2 液晶高分子的分类

液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或

分子的取向和平移都有序,将晶体加热,它可沿着2个途径转变为各向异性液体。一是先失去取向有序而成为塑晶,只有球状分子才可能有此表现,另一途径是先失去平移有序而保留取向有序,成为液晶[ 2]。近年来,高分子液晶的开发已成为当今高分子科学中的一个热门课题。研究表明,形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构,同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的结构因素,这种结构特征常常与分子中含有对位次苯基、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系。液晶高分子分类方法有3种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型2类。从应用的角度可分为热致型和溶致型2类,这2种分类方法是相互交叉的,即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型,而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同,液晶高分子又有近晶型、向列型、胆甾型和碟型4种不同的结构类型。

2. 1主链型液晶高分子

主链型液晶高分子是刚性液晶基元位于主链之中的液晶高分子,它可分为热致和溶致型两类。

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陶瓷

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2. 1. 1 溶致型主链液晶高分子溶致型主链液晶高分

子主链中有刚性结构, 它的

分子溶解在溶液中达到一定浓度后, 高分子主链在溶液中呈有序排列, 具有晶体性能。为了使液晶相在溶液中容易形成, 溶致型液晶高分子中一般都会有双亲活性结构。在溶液中当液晶分子的浓度达到一定时,双亲性分子可在溶液中形成胶束, 形成油包水或水包油的胶束结构。当液晶分子浓度进一步增加时, 双亲性分子便可聚集形成排列有序的液晶结构。溶致型主链高分子主链上液晶基元一般含有芳环和杂环结构,可用于制造高强度及高模量的高分子纤维和膜材料。 2. 1. 2 热致型主链液晶高分子热致型液晶高分子的刚

性结构即液晶基元在聚合

物主链上, 这些液晶基元多是芳烃和杂环结构的化合物。热致型液晶是指高分子在熔化成熔融态时分子的刚性链仍保持按一定规律排列。刚性分子热稳定性高, 有利于高分子的有序排列, 但若刚性太大, 则很难使其在低于分解温度下熔化。热致型主链高分子液晶制得的材料制品, 最大特点是机械性能好, 拉伸强度高, 热稳定性好, 线性热膨胀系数小, 适于制造精度高的制品。另外, 这种液晶透气性低, 有良好的抗水解和耐有机溶剂的能力。 2. 2 侧链型液晶高分子

侧链型液晶高分子是刚性液晶基元位于大分子侧链的高分子, 又称梳形液晶高分子。其性质在较大程度上取决于支链液晶基元, 受聚合物主链性质的影响较小。液晶基元基本上保持其在小分子时作为液晶基元的尺寸, 主链结构的变化对其影响较小, 同样, 侧链型液晶高分子也可以分为溶致型和热致型两类。但是目前按热致和溶致两类进行分类没有什么意义, 而是按液晶基元的结构进行分类, 即将侧链液晶高分子分成非双亲侧链液晶高分子和双亲侧链液晶高分子, 非双亲侧链液晶高分子是聚合物与液晶基元组成的杂化系统, 既具有聚合物的性质, 又能较好地呈现小分子液晶基元的性质。正由于这种双重特征使其类似小分子液晶被用于光电转换、非线性光学和色谱。

3 液晶显示器件的研究与应用现状

液晶是具有广泛用途的功能材料, 主要是用来制