高分子网络液晶智能功能材料
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北科大讲座二
高分子网络液晶智能/功能材料
Liquid crystal elastomers, networks and gels: advanced smart materials
P.Xie & Rb. Zhang, J. Mater. Chem., (Feature Article) 2005, 15, 2529–2550
液晶弹性体的热弹性 (1)
在清亮点(Tc C)以上，LCE的行为像一般弹性体，但在液晶相它的 力学性质有很强的温度和时间依赖性。在清亮点附近其力学性质 发生突变。如变形恒定的样品当温度低过Tc时，内应力会突然下 降。
液晶弹性体的热弹性 (2)
在恒定的载荷下，温度低过Tc时，夹具上的样品长度也会增加， 直到达到玻璃化温度为止(见图4－11)。这种几何尺寸的变化只 有用液晶基元的取向并导致分子链的各向异性形变来解释。
液单晶弹性体的两步合成
O
O CH3
CH2=CH(CH2)2O
O
Si
O
H
CH2=CH
flexible crosslinker
R CH=CH2
HO Si
CH3 O
CH2=C(CH3)COO(CH2)6O
O
O
O(CH2)4CH=CH2
slow er
f aster
addition reaction
液晶弹性体的潜在应用前景
Zental等还通过二醇和烯丙基马来酸的溶液缩聚或通过二醇和烯 丙基马来酸二乙酯的熔融缩聚反应制备了主链液晶高分子。以此 为前体，以两端含Si-H基的硅氧烷齐聚物为交联剂，通过硅氢加 成反应合成得到主链型的液晶弹性体 (图4－8)。由于引入柔软的 硅氧烷交联剂，使这种液晶弹性体的相转变温度低于其母体。
高度有序的分子自组装材料 高度响应性的智能材料 功能各向异性材料 液晶场中构筑高取向材料
交联液晶高分子—
液晶网络、液晶弹性体和液晶凝胶
液晶弹性体（LCE）
侧链液晶高分子可以通过大分子反应或含液晶基元的烯类单 体聚合来合成。而主链液晶高分子可以由含双官能的单体通 过缩合和聚加成反应来合成。在玻璃化温度以上，聚合物的 链段“解冻”，由于微布朗运动致使“去偶”的液晶基元取 向排列，产生与前体小分子相类似的各向异性行为。 在聚合物链间交联导致网络高分子。这时涉及整体分子运动 的宏观布朗运动受到抑制，而链段微布朗运动则实际上不受 影响。从理论上讲，由液晶高分子交联而成的弹性体将其前 体高分子的液晶特征保留下来，得到有特殊性质的各向异性 软固体。因而可得到有形体保持性的液晶材料。
主链液晶弹性体 的一步合成
B.Donnio et al Macromolecules 2000,33,7724
它是由低分子的双烯 类液晶基元与1，1， 3，3-四甲基二氢硅 氧烷和2，4，6，8四甲基环四氢硅氧烷 的混合物通过一步硅 氢加成反应得到的。 这种新的合成方法容 易通过调整原料的比 例在很宽的范围改变 弹性体的结构和相态。
Tg
Tc
液晶弹性体的光弹性
某些透明的固体聚合物受到应力作用时会产生光学各向异 性，它是在受力情况下物体内分子发生取向而引起的，这 种性质叫做光弹性，具有光弹性的聚合物叫做光弹性聚合 物。光弹效应是可逆的。光弹性聚合物已广泛应用于应力 分析。液晶弹性体是一种新型的更具敏感性的光弹性材料， 在光导印刷电路等方面具有潜在的应用前景。液晶弹性体 的应力光学性质不同于普通橡胶。应力光学系数C定义为取 向双折射n和应力的商。在各向同性态，CTT曲线和普 通橡胶一样表现为恒定值，而在临近清亮点Tc的很小的温 度范围内，CT值发生突变，其正负与间隔基中次甲基的个 数有关(见图4－12)。这归结于液晶基元的应力诱导取向。
• 纳米微孔材料
在有机摸板或结构诱导剂(如溶致液晶性表面活性剂的各种聚集体)的存 在下, 无机前体原料,如正硅酸乙酯水解缩合在模板剂的表面结成外壳,再 将有机物除去。 可望用于高性能吸附剂，分离膜，传感器，高介电材 料, 纳米反应器等。
自组装单层膜
SAM:Self-assembled Monolayers 有机分子在固液界面上自组装和化学吸附形成的分子薄膜。 特点：与基板牢固的化学结合；高密度无缺陷；
2 ...
CH3
Si O ......
CH3 x
CH3
Si O ......
Hy
CH3
Si O ...
Hz
+ 2y
(CH2)m-2 R + z
CH3 CH3
Si O Si
9
CH3 CH3
CH3 Si CH3
O
x
CH3 Si CH3
O
x
Pt-catalyst
CH3 Si (CH2)m R
O y
CH3 Si (CH2)m R
LCE 的光弹性
液晶弹性体的应力光学性 质不同于普通橡胶。应力 光学系数C定义为取向双 折射n和应力的商。在 各向同性态，CTT曲线 和普通橡胶一样表现为恒 定值，而在临近清亮点Tc 的很小的温度范围内，CT 值发生突变，其正负与间 隔基中次甲基的个数有关 (见图4－12)。这归结于液 晶基元的应力诱导取向。
分子功能可分为三大类： Trigger 触发，响应 Cascade 串联 Processor 程序化，信息加工处理
分子协同作用的典型例子是生物体系。从纳米尺寸的分子 到宏观尺寸的组织、器官，形成复杂而精致的阶层构造。 它们的相互协调构成了生物系统，维持了生命。
分 子 功 能 材 料
液晶 导电材料 光响应材料 传感器材料
材
料 分子自身
性
质
分子间协同 相互作用
与
功 材料构造:1-3维+时间元
能
状态:液,固,液晶
本体,薄膜
三种不同分子组装形式的功能材料:
自组织化膜(（SAM：Self-assembled monolayers） 中介相 (mesophase) 材料 微孔材料: 沸石和中孔(mesoporous)材料
三种不同形式的分子组装材料
分子功能材料
分子协调材料的研究开发（Harmonized Molecular Materials)， 玉置敬，机能材料（日），2000, 20, 5~11
分子功能材料的开发，不仅取决于分子单独的功能性质的 提高，还与分子间相互作用密切相关。分子间相互作用产 生了分子协同作用的结果。这种协同作用不仅发生在分子 间也发生在分子的聚集体或称之为系统间。
中科院研究生院液晶专题讲座二
功能化液晶研究的新进展
1. 液晶和分子组装功能材料 2. 液晶和液晶技术在现代科技中的应用 3. 液晶弹性体 和液晶凝胶 4. 液晶热固体 5. 液晶高分子光电信息材料 6. 盘状液晶和低维光，电导材料 7. 液晶研究的若干新课题 • 表面活性剂胶束和有序多孔材料 • 氢键和其它非共价键诱导的超分子液晶 • 矿物型液晶态 • 毛刷型共軛大分子及刚性分子液晶化 • 嵌段型的双亲分子及微相分离形成的复杂超分子聚集态
O y
CH3 CH3
CH3 Si (CH2)2 Si O Si (CH2)2 Si CH3
O
CH3 CH3
O
z
R= O
COO
பைடு நூலகம்OCH3 or
OCO O
Zental等[8] 以侧链含液晶基元和羟基的丙烯酸酯类侧链液晶共 聚物为前体，用二异氰酸酯为交联剂也得到液晶行为与其前体 类似的液晶弹性体
主链液晶高分子
液晶凝胶(Liquid Crystal Gel) 聚合物网络稳定液晶
• PNLC型的铁电液晶显示 (稳定,快速, 液晶层厚可大于SSLCD的极限2微米) • 电开关的反射镜, 反射型LCD • 电形变智能材料 • 记忆材料
智能高分子凝胶和液晶凝胶
智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变 化的高分子凝胶。当这种凝胶受到外界刺激，如当溶剂的组成、pH值、离 子强度、温度、光强度和电场等刺激信号时其结构和特性（主要是体积） 会随之响应，呈现体积相转变行为(溶胀相收缩相）。根据溶剂的不同， 又分为高分子水凝胶和高分子有机凝胶。当凝胶受到外界刺激时，网络内 的链段构象发生较大变化，发生响应的形变；一旦刺激消失，自动恢复到 内能较低的稳定状态。在柔性执行元件、微机械、药物释放、分离膜、生 物材料等方面有诱人的应用前景。
液晶弹性 体的合成 和几种主 要类型
基于液晶聚硅氧 烷的侧链液晶弹 性体的合成
1981年Finkelmann [7] 首先报道了以侧链液晶 聚硅氧烷为前体通过硅 氢加成反应实现链间交 联，得到有室温液晶性 的液晶弹性体。该弹性 体不仅表现出白浊状的 液晶性状，而且经过拉 伸从白浊状转变为透明 状态，这是因为机械变 形诱导液晶基元产生宏 观取向。
拉伸的液晶 弹性体中 液晶侧基和 高分子网络 的 偶联效应
Shape Memory Effect Exhibited by Smectic-C Liquid Crystalline Elastomers
液单晶弹性体
1991年Finkelmann首先报道了“向列型液单晶弹性体” 的制备[10]，它在光学上类似于有机或无机单晶。它的交 联反应分两步进行。第一步首先生成部分交联的网络，然 后在应力作用下形成各向异性网络，当应力负载超过实现 均一取向所需的阈值时，第二步交联反应使该取向态固定 下来, 形成透明的光学上与单轴晶体相类似的膜材料。液 单晶弹性体的概念也可以推广到其它的合成方法和密交联 体系。将液晶单体和交联剂的混合物或带有反应性基团的 液晶高分子转移到适当的基板上，在机械力，取向表面， 偏振光或电磁场的作用下实现分子的宏观取向并使其固定 化，得到各向异性的液晶弹性体或热固体。
中介相材料
光控开关和高速响应电子成像感光材料等光电功能材 料
微孔材料
有机摸板
或结构诱导 剂
沸石
mesoporous
长效高活性高选择催化剂，分离膜，气体传感材料， 微反应器,低介电膜等
“液晶相代表了一种有魅力的软物质形态，它包含了分子和 超分子水平的有序性和可动性。这种特殊的结合使这类物质 能对外界刺激（包括电、磁、化学、温度和机械力）产生响 应。因而，液晶材料在若干应用领域非常重要。如棒状小分 子液晶在用于移动通讯和信息工程方面的光电器件上有广泛 的应用。碟形和棒状液晶在新的高技术领域正开发新的应用， 如：光调制，光导，偏振发光材料，智能润滑剂等。此外， 在液晶态加工聚合物材料改善了材料的性质，如：天然蚕丝， 高强力纤维，Kevlar纤维等。溶致液晶可作为重要的模板通 过溶胶－凝胶过程用于制备有受限结构的无机微孔材料。 DNA和阳离子或中性的类酯化合物形成的液晶络合物正被 研究作为在基因遗传中的潜在的传递者。归根结底，有序和 活动性的结合正是在生命物质中自组织的基本要求。”
液晶弹性体中高分子网络和液晶侧基之间的偶合效应表现在高 分子网络的机械变形导致液晶侧基的取向态的改变，反言之， 受外场驱使液晶侧基的取向态的改变也在弹性体的变形中反映 出来。应用中子散射技术可从分子水平上阐明两者的关系。事 实上，只需很小的机械拉伸就可导致液晶基元很大程度的宏观 取向。对于液晶弹性体所观察到的许多特殊现象，如电场诱导 形状变化，负泊松比效应，机械或电的分子开关，记忆效应和 相态的变化都与这种相互作用有关。连接液晶基元与高分子链 的间隔段越短，这种偶合效应越强。根据小的机械变形可导致 液晶侧基的取向态的显著改变及其可逆性的特点，Brand理论预 测了并由Finkelmann和 Zental实验观测到单畴的液晶弹性体 （液单晶弹性体）的反压电响应。由于对环境条件（应力场和 电场，温度和光照等）的敏感性和记忆效应，液晶弹性体,特别 是液单晶弹性体适合作为有分子开关性质的智能材料。
C. Tschierske, J. Mater. Chem., 2001, 11, 2647-2671
液晶在材料领域的魅力
1. 基于分子间相互作用的液体样的可动性 2. 基于自组织化的分子取向性 3. 特定的温度范围液晶相态的变化及对电、光、磁等外场的响应性 4. 协同效应 5. 光学双折射 6. 界面的取向控制
制作简单；也适合非平面的表面 应用前景：表面编码，传感器，光电子器件
研发目标和内容： 建立与纳米阵列、多轴取 向、集层等相关技术。开 发对电、光等外场响应的 薄膜材料。如： •用介电各向异性分子构筑 电响应SAM • 共轭分子堆积的超分子 SAM,用于高效电致发光。 • 用溶致性的液晶染料制作 高性能光学膜
• 自组织化膜（SAM：Self-assembled monolayers）
有机表面活性剂分子在固-液等界面上化学吸附形成SAM。在其表面端 引入各种功能基，可望用于表面涂层，敏感器件，光电器件等。
• 中介相 (mesophase) 材料
代表性的材料就是液晶。中介相兼有分子取向有序和可变性的特征。基 于此，其研发方向为精确控制分子排列的高功能材料。以棒状液晶和盘 状液晶两大系列为主要研究对象
高分子网络液晶智能/功能材料
Liquid crystal elastomers, networks and gels: advanced smart materials
P.Xie & Rb. Zhang, J. Mater. Chem., (Feature Article) 2005, 15, 2529–2550
液晶弹性体的热弹性 (1)
在清亮点(Tc C)以上，LCE的行为像一般弹性体，但在液晶相它的 力学性质有很强的温度和时间依赖性。在清亮点附近其力学性质 发生突变。如变形恒定的样品当温度低过Tc时，内应力会突然下 降。
液晶弹性体的热弹性 (2)
在恒定的载荷下，温度低过Tc时，夹具上的样品长度也会增加， 直到达到玻璃化温度为止(见图4－11)。这种几何尺寸的变化只 有用液晶基元的取向并导致分子链的各向异性形变来解释。
液单晶弹性体的两步合成
O
O CH3
CH2=CH(CH2)2O
O
Si
O
H
CH2=CH
flexible crosslinker
R CH=CH2
HO Si
CH3 O
CH2=C(CH3)COO(CH2)6O
O
O
O(CH2)4CH=CH2
slow er
f aster
addition reaction
液晶弹性体的潜在应用前景
Zental等还通过二醇和烯丙基马来酸的溶液缩聚或通过二醇和烯 丙基马来酸二乙酯的熔融缩聚反应制备了主链液晶高分子。以此 为前体，以两端含Si-H基的硅氧烷齐聚物为交联剂，通过硅氢加 成反应合成得到主链型的液晶弹性体 (图4－8)。由于引入柔软的 硅氧烷交联剂，使这种液晶弹性体的相转变温度低于其母体。
高度有序的分子自组装材料 高度响应性的智能材料 功能各向异性材料 液晶场中构筑高取向材料
交联液晶高分子—
液晶网络、液晶弹性体和液晶凝胶
液晶弹性体（LCE）
侧链液晶高分子可以通过大分子反应或含液晶基元的烯类单 体聚合来合成。而主链液晶高分子可以由含双官能的单体通 过缩合和聚加成反应来合成。在玻璃化温度以上，聚合物的 链段“解冻”，由于微布朗运动致使“去偶”的液晶基元取 向排列，产生与前体小分子相类似的各向异性行为。 在聚合物链间交联导致网络高分子。这时涉及整体分子运动 的宏观布朗运动受到抑制，而链段微布朗运动则实际上不受 影响。从理论上讲，由液晶高分子交联而成的弹性体将其前 体高分子的液晶特征保留下来，得到有特殊性质的各向异性 软固体。因而可得到有形体保持性的液晶材料。
主链液晶弹性体 的一步合成
B.Donnio et al Macromolecules 2000,33,7724
它是由低分子的双烯 类液晶基元与1，1， 3，3-四甲基二氢硅 氧烷和2，4，6，8四甲基环四氢硅氧烷 的混合物通过一步硅 氢加成反应得到的。 这种新的合成方法容 易通过调整原料的比 例在很宽的范围改变 弹性体的结构和相态。
Tg
Tc
液晶弹性体的光弹性
某些透明的固体聚合物受到应力作用时会产生光学各向异 性，它是在受力情况下物体内分子发生取向而引起的，这 种性质叫做光弹性，具有光弹性的聚合物叫做光弹性聚合 物。光弹效应是可逆的。光弹性聚合物已广泛应用于应力 分析。液晶弹性体是一种新型的更具敏感性的光弹性材料， 在光导印刷电路等方面具有潜在的应用前景。液晶弹性体 的应力光学性质不同于普通橡胶。应力光学系数C定义为取 向双折射n和应力的商。在各向同性态，CTT曲线和普 通橡胶一样表现为恒定值，而在临近清亮点Tc的很小的温 度范围内，CT值发生突变，其正负与间隔基中次甲基的个 数有关(见图4－12)。这归结于液晶基元的应力诱导取向。
• 纳米微孔材料
在有机摸板或结构诱导剂(如溶致液晶性表面活性剂的各种聚集体)的存 在下, 无机前体原料,如正硅酸乙酯水解缩合在模板剂的表面结成外壳,再 将有机物除去。 可望用于高性能吸附剂，分离膜，传感器，高介电材 料, 纳米反应器等。
自组装单层膜
SAM:Self-assembled Monolayers 有机分子在固液界面上自组装和化学吸附形成的分子薄膜。 特点：与基板牢固的化学结合；高密度无缺陷；
2 ...
CH3
Si O ......
CH3 x
CH3
Si O ......
Hy
CH3
Si O ...
Hz
+ 2y
(CH2)m-2 R + z
CH3 CH3
Si O Si
9
CH3 CH3
CH3 Si CH3
O
x
CH3 Si CH3
O
x
Pt-catalyst
CH3 Si (CH2)m R
O y
CH3 Si (CH2)m R
LCE 的光弹性
液晶弹性体的应力光学性 质不同于普通橡胶。应力 光学系数C定义为取向双 折射n和应力的商。在 各向同性态，CTT曲线 和普通橡胶一样表现为恒 定值，而在临近清亮点Tc 的很小的温度范围内，CT 值发生突变，其正负与间 隔基中次甲基的个数有关 (见图4－12)。这归结于液 晶基元的应力诱导取向。
分子功能可分为三大类： Trigger 触发，响应 Cascade 串联 Processor 程序化，信息加工处理
分子协同作用的典型例子是生物体系。从纳米尺寸的分子 到宏观尺寸的组织、器官，形成复杂而精致的阶层构造。 它们的相互协调构成了生物系统，维持了生命。
分 子 功 能 材 料
液晶 导电材料 光响应材料 传感器材料
材
料 分子自身
性
质
分子间协同 相互作用
与
功 材料构造:1-3维+时间元
能
状态:液,固,液晶
本体,薄膜
三种不同分子组装形式的功能材料:
自组织化膜(（SAM：Self-assembled monolayers） 中介相 (mesophase) 材料 微孔材料: 沸石和中孔(mesoporous)材料
三种不同形式的分子组装材料
分子功能材料
分子协调材料的研究开发（Harmonized Molecular Materials)， 玉置敬，机能材料（日），2000, 20, 5~11
分子功能材料的开发，不仅取决于分子单独的功能性质的 提高，还与分子间相互作用密切相关。分子间相互作用产 生了分子协同作用的结果。这种协同作用不仅发生在分子 间也发生在分子的聚集体或称之为系统间。
中科院研究生院液晶专题讲座二
功能化液晶研究的新进展
1. 液晶和分子组装功能材料 2. 液晶和液晶技术在现代科技中的应用 3. 液晶弹性体 和液晶凝胶 4. 液晶热固体 5. 液晶高分子光电信息材料 6. 盘状液晶和低维光，电导材料 7. 液晶研究的若干新课题 • 表面活性剂胶束和有序多孔材料 • 氢键和其它非共价键诱导的超分子液晶 • 矿物型液晶态 • 毛刷型共軛大分子及刚性分子液晶化 • 嵌段型的双亲分子及微相分离形成的复杂超分子聚集态
O y
CH3 CH3
CH3 Si (CH2)2 Si O Si (CH2)2 Si CH3
O
CH3 CH3
O
z
R= O
COO
பைடு நூலகம்OCH3 or
OCO O
Zental等[8] 以侧链含液晶基元和羟基的丙烯酸酯类侧链液晶共 聚物为前体，用二异氰酸酯为交联剂也得到液晶行为与其前体 类似的液晶弹性体
主链液晶高分子
液晶凝胶(Liquid Crystal Gel) 聚合物网络稳定液晶
• PNLC型的铁电液晶显示 (稳定,快速, 液晶层厚可大于SSLCD的极限2微米) • 电开关的反射镜, 反射型LCD • 电形变智能材料 • 记忆材料
智能高分子凝胶和液晶凝胶
智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变 化的高分子凝胶。当这种凝胶受到外界刺激，如当溶剂的组成、pH值、离 子强度、温度、光强度和电场等刺激信号时其结构和特性（主要是体积） 会随之响应，呈现体积相转变行为(溶胀相收缩相）。根据溶剂的不同， 又分为高分子水凝胶和高分子有机凝胶。当凝胶受到外界刺激时，网络内 的链段构象发生较大变化，发生响应的形变；一旦刺激消失，自动恢复到 内能较低的稳定状态。在柔性执行元件、微机械、药物释放、分离膜、生 物材料等方面有诱人的应用前景。
液晶弹性 体的合成 和几种主 要类型
基于液晶聚硅氧 烷的侧链液晶弹 性体的合成
1981年Finkelmann [7] 首先报道了以侧链液晶 聚硅氧烷为前体通过硅 氢加成反应实现链间交 联，得到有室温液晶性 的液晶弹性体。该弹性 体不仅表现出白浊状的 液晶性状，而且经过拉 伸从白浊状转变为透明 状态，这是因为机械变 形诱导液晶基元产生宏 观取向。
拉伸的液晶 弹性体中 液晶侧基和 高分子网络 的 偶联效应
Shape Memory Effect Exhibited by Smectic-C Liquid Crystalline Elastomers
液单晶弹性体
1991年Finkelmann首先报道了“向列型液单晶弹性体” 的制备[10]，它在光学上类似于有机或无机单晶。它的交 联反应分两步进行。第一步首先生成部分交联的网络，然 后在应力作用下形成各向异性网络，当应力负载超过实现 均一取向所需的阈值时，第二步交联反应使该取向态固定 下来, 形成透明的光学上与单轴晶体相类似的膜材料。液 单晶弹性体的概念也可以推广到其它的合成方法和密交联 体系。将液晶单体和交联剂的混合物或带有反应性基团的 液晶高分子转移到适当的基板上，在机械力，取向表面， 偏振光或电磁场的作用下实现分子的宏观取向并使其固定 化，得到各向异性的液晶弹性体或热固体。
中介相材料
光控开关和高速响应电子成像感光材料等光电功能材 料
微孔材料
有机摸板
或结构诱导 剂
沸石
mesoporous
长效高活性高选择催化剂，分离膜，气体传感材料， 微反应器,低介电膜等
“液晶相代表了一种有魅力的软物质形态，它包含了分子和 超分子水平的有序性和可动性。这种特殊的结合使这类物质 能对外界刺激（包括电、磁、化学、温度和机械力）产生响 应。因而，液晶材料在若干应用领域非常重要。如棒状小分 子液晶在用于移动通讯和信息工程方面的光电器件上有广泛 的应用。碟形和棒状液晶在新的高技术领域正开发新的应用， 如：光调制，光导，偏振发光材料，智能润滑剂等。此外， 在液晶态加工聚合物材料改善了材料的性质，如：天然蚕丝， 高强力纤维，Kevlar纤维等。溶致液晶可作为重要的模板通 过溶胶－凝胶过程用于制备有受限结构的无机微孔材料。 DNA和阳离子或中性的类酯化合物形成的液晶络合物正被 研究作为在基因遗传中的潜在的传递者。归根结底，有序和 活动性的结合正是在生命物质中自组织的基本要求。”
液晶弹性体中高分子网络和液晶侧基之间的偶合效应表现在高 分子网络的机械变形导致液晶侧基的取向态的改变，反言之， 受外场驱使液晶侧基的取向态的改变也在弹性体的变形中反映 出来。应用中子散射技术可从分子水平上阐明两者的关系。事 实上，只需很小的机械拉伸就可导致液晶基元很大程度的宏观 取向。对于液晶弹性体所观察到的许多特殊现象，如电场诱导 形状变化，负泊松比效应，机械或电的分子开关，记忆效应和 相态的变化都与这种相互作用有关。连接液晶基元与高分子链 的间隔段越短，这种偶合效应越强。根据小的机械变形可导致 液晶侧基的取向态的显著改变及其可逆性的特点，Brand理论预 测了并由Finkelmann和 Zental实验观测到单畴的液晶弹性体 （液单晶弹性体）的反压电响应。由于对环境条件（应力场和 电场，温度和光照等）的敏感性和记忆效应，液晶弹性体,特别 是液单晶弹性体适合作为有分子开关性质的智能材料。
C. Tschierske, J. Mater. Chem., 2001, 11, 2647-2671
液晶在材料领域的魅力
1. 基于分子间相互作用的液体样的可动性 2. 基于自组织化的分子取向性 3. 特定的温度范围液晶相态的变化及对电、光、磁等外场的响应性 4. 协同效应 5. 光学双折射 6. 界面的取向控制
制作简单；也适合非平面的表面 应用前景：表面编码，传感器，光电子器件
研发目标和内容： 建立与纳米阵列、多轴取 向、集层等相关技术。开 发对电、光等外场响应的 薄膜材料。如： •用介电各向异性分子构筑 电响应SAM • 共轭分子堆积的超分子 SAM,用于高效电致发光。 • 用溶致性的液晶染料制作 高性能光学膜
• 自组织化膜（SAM：Self-assembled monolayers）
有机表面活性剂分子在固-液等界面上化学吸附形成SAM。在其表面端 引入各种功能基，可望用于表面涂层，敏感器件，光电器件等。
• 中介相 (mesophase) 材料
代表性的材料就是液晶。中介相兼有分子取向有序和可变性的特征。基 于此，其研发方向为精确控制分子排列的高功能材料。以棒状液晶和盘 状液晶两大系列为主要研究对象