液晶聚合物分子复合材料研究进展
液晶高分子材料的现状及研究进展
进展液晶高分子材料研究进展肖桂真，纺织学院，1030011063摘要：高分子液晶是近年来迅速兴起的一类新型高分子材料，它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀率、低收缩率、耐化学腐蚀的特点。
本文综述了液晶高分子材料的发展历史，结构及性能，详细介绍了液晶高分子材料的种类以及在各个领域的应用，和液晶高分子材料的潜在发展前景。
关键词：功能高分子材料；液晶高分子材料；研究；应用0前言功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。
功能高分子材料之所以具有特定的功能，在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。
一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。
高分子液晶材料是近年来研究较多的一种功能高分子材料，它是介于液体和晶体之间的一种中介态，具有独特的结构与性能。
1高分子液晶的发展液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，它是一种结晶态，既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。
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(Ch01．esteryl Benzoate，C6 H5C02C27 H45．简称CB)晶体加热到145．5℃会熔融成为混浊的液体，145．5℃就是该物质的熔点，继续加热到178．5 ℃，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。
热致聚芳酯液晶高分子的研究及应用
热致聚芳酯液晶高分子的研究及应用摘要：本文主要综述目前对热致性聚芳酯液晶高分子的研究及其应用，简单介绍液晶高分子的结构特点及其分类、发展及前景等。
关键词：热致聚芳酯液晶高分子、液晶态、向错结构、发展趋势。
热致液晶是由于温度变化而出现的液晶相。
低温下它是晶体结构,高温时则变为液体,这里的温度用熔点(Tm)和清亮点(T c)来标示。
液晶单分子都有各自的熔点和清亮点,在中间温度则以液晶形态存在。
目前用于显示的液晶材料基本上都是热致液晶。
在热致液晶中,又根据液晶分子排列结构分为三大类:近晶相(Smectic)、向列相(Nematic)和胆甾相(Cholesteric)。
在近20多年中,全芳族热致液晶共聚酯(Thermot ropic Liquid Crystalline Polymer,TLCP)一直受到科学界、工业界的关注,因为TLCP是一种高性能高分子材料,具有极佳的综合性能,且应用广泛TLCP传统的合成工艺为熔融缩聚，但在反应后期,反应温度高、熔体粘度大,易使聚合物产物裂解、颜色变深、出料困难.相对分子质量因裂解而降低,从而破坏了TLCP的性能.固态聚合是一个合成高相对分子质量聚合物的好方法.固态聚合是将相对分子质量较低的预聚物在低于熔点的反应温度下加热,通过端基间的反应使链增长,副产物可用氮气流或用降低反应体系压力的方法移去.固态聚合已成功地用于聚酯类和聚酰胺类高分子的工业生产.关于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的固态聚合机理、聚合反应动力学以及固态聚合的影响因素也已进行了许多研究和讨论3～6,但是固态聚合方法在液晶共聚酯中的应用仅在很少的专利中简单提及7～9,关于液晶共聚酯固态聚合的工艺条件及其机理的研究尚未见报道.由于芳族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城的应用受到限制。
以芳族聚酯液晶高分子为代表的热致性液晶离分子正好弥补了溶致性液晶高分子的不足。
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
分子复合材料的研究进展
分子复合材料的研究进展蒙钊;孟宪谦;肖国花;彭懋【摘要】分子复合材料是指一类以刚性棒状大分子作为增强相,柔性大分子作为基体的聚合物复合材料.当刚性棒状大分子以分子水平均匀地分散在柔性聚合物基体中时,能起到良好的增强作用,不仅能使分子复合材料具有良好的物理机械性能,而且易加工,能够解决传统纤维增强复合材料纤维分散困难、加工工艺复杂等问题.本文总结了分子复合材料的原理、发展和研究现状,指出了目前分子复合材料研究中存在的问题以及今后的发展方向.%Molecular composites are polymeric composites with rigid-rod macromolecules as the reinforcing agent and flexible polymers as the matrix.It has been demonstrated that when phase separation is prevented and the rigid-rod macromolecules are uniformly dispersed in the flexible polymers,the mechanical properties and some other physical properties are remarkably increased.Different from traditional fiber-reinforced composites with inorganic micrometer-sized fibers as the reinforcing agent,the molecular composites have relatively low viscosity,can be more easily processed and show both low density and high mechanical properties.The major problem for the preparation of molecular composites is to disperse the rigid-rod macromolecules in the form of single molecules in the flexible matrics,however,due to the unfavorable enthalpy of mixing,phase separation usually happens.This article reviews the methods preventing the occurence of phase separation in the preparation of molecular composites that have been developed in the last three decades.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2017(035)005【总页数】7页(P841-847)【关键词】分子复合材料;刚性棒状大分子;增强【作者】蒙钊;孟宪谦;肖国花;彭懋【作者单位】江苏裕兴薄膜科技股份有限公司,江苏常州 213023;浙江大学工业技术研究院,浙江杭州 310058;浙江大学高分子系,浙江杭州310027;浙江大学高分子系,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TB332分子复合材料(Molecular Composite)的概念是由Helminiak[1]和Takayanagi[2]于二十世纪七十年代提出的。
高分子液晶
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]。
液晶高分子分子设计及合成方法研究和应用1
液晶高分子分子设计及应用1、简介液晶高分子(LCP)是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子。
一方面，在一定程度上分子呈类似于晶体的有序排列；另一方面，又具有各项同性液体的流动性。
能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪环状结构构成。
柔性部分则多由可以自由旋转的d键连接起来的饱和链构成。
液晶高分子的制备是将含有刚性结构和柔性结构的单体通过聚合反应连接起来。
2几种LCP的分子设计2.1主链型LCP的分子设计主链LCP是指介晶基团分布在高分子主链中的一种液晶类型。
通常，主链LCP的化学结构如下所示：C C D式中，A为介晶基元，在多数热致液晶聚合物中，其为细长棒状或板状、分子直线性得以维持的联苯衍生物或环己基系等；B为取代基，这些基团能降低转换温度；C为介晶基与柔性间隔基之间的连接基团；D为柔性间隔基，由烷撑基、硅氧烷基等组成。
2.1.1热致主链型LCP(1)分子设计对于TLCP来说，合成时最重要的问题就是生成液晶的温度必须低于其热分解温度。
而一般芳香族均聚物的熔点都高于其分解温度，所以热致主链型LCP的分子设计就是通过改性技术降低熔点，使其在热分解温度以下能呈现稳定的液晶态。
主要有以下几种方法：①在刚性主链中引入柔性结构作为柔性间隔的结构单元除了聚烯烃链段外，常用的还有聚醚链段和聚硅氧烷链段等。
然而这种方法可能会带来三个协同效应：A．降低液晶聚合物的相转变温度；B．导致相转变温度的奇一偶效应；C．产生微观分子堆砌结构的变化，即液晶态类型的转变，如由向列型转变为近晶型。
上述几种协同效应是含柔性间隔的热致主链型 LCP中存在的普遍现象，只是随着聚合物的不同，有时不很明显，有时较为明显而已。
②共聚合共聚合是改变聚合物分子主链化学结构的一种方法。
对于柔性高分子，共聚合常破坏分子链的规整性，从而降低其结晶能力和熔点；对于刚性高分子，共聚合同样可以破坏分子链的规整性，并能降低链的刚性，从而降低熔点。
液晶聚酯的研究概况
液晶聚酯的研究概况胡兆麟;左志俊【摘要】概述了聚酯类液晶高分子材料的发展,对其分子设计、合成方法、应用及发展前景进行了比较详细的分析。
%This article discuses the development on Liquid Crystal Polyester,and has analyzed the molecule design、synthesis methods、application and developing trend.【期刊名称】《合成技术及应用》【年(卷),期】2011(026)002【总页数】6页(P33-38)【关键词】液晶;聚酯;热致性;分子设计;合成;应用【作者】胡兆麟;左志俊【作者单位】中国石化仪征化纤股份有限公司技术中心,江苏仪征211900;中国石化仪征化纤股份有限公司技术中心,江苏仪征211900【正文语种】中文【中图分类】TQ323.4液晶高分子（LCP，liquid crystal polymer），是一种由刚性分子链构成的，在一定条件下可以形成兼有液体和晶体性质的高分子物质。
根据液晶形成条件的不同，可分为溶致型LCP和热致型LCP。
溶致性液晶可用溶剂法纺丝生产纤维或薄膜，这一类以芳香族聚酰胺为代表；热致性液晶则可注塑、挤出成型，主要以芳香族聚酯及其共聚酯为代表。
溶致型液晶由于自身熔点很高，不能通过加热的方式进行加工，需要使用特殊溶剂制成液晶溶液再加工成型，这导致其工业化生产存在很大的局限性；热致型液晶正好弥补了溶致型液晶高分子加工成型方面的不足，具有较宽的应用。
所以，虽然溶致型液晶发现和研究得较早，具有一定的历史地位，但大多数研究工作基本是围绕热致型液晶展开的。
目前，已工业化生产的热致性液晶绝大多数是芳香族聚酯液晶。
液晶聚酯是一种热致性主链液晶聚合物（TLCP，thermotropic main-chain liquid crystal polyester），具有熔体粘度低、易于成型、强度高、耐热、耐化学试剂、屏蔽性佳等特点。
液晶高分子
高分子液晶材料的研究现状及开发前景一摘要液晶高分子是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子，即该类高分子在熔融状态或溶液中，一方面，在一定程度上分子呈类似于晶体的有序排列；另一方面，又具有各项同性液体的流动性。
能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪环状结构构成，在生物高分子中，含有手性基团的螺旋结构也具有刚性体的功能，柔性部分则多由可以自由旋转的d键连接起来的饱和链构成。
液晶高分子的制备是将含有刚性结构和柔性结构的单体通过聚合反应连接起来。
由于液晶相的形成，使得高分子的性能发生变化，某些性能显著提高，并出现类似于小分子液晶的特殊性能，从而使其具有更为诱人的应用前景，成为一个研究热点。
高分子液晶是近十几年迅速兴起的一类新型高分子材料[ 1～5] , 它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能, 作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层, 被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。
正是由于其优异的性能和广阔的应用前景, 使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。
二国外对液晶高分子材料的研究1． A series of main-chain liquid-crystalline polymers (LCPs) with pendant sulfonic acid groups have been synthesized by use of biphenyl-4,4-diol, 6,7-dihydroxynaphthalene-2-sulfonic acid, and bis(4-(chlorocarbonyl)phenyl) decanedioate in a one-step esterification reaction. Emeraldine base form of polyaniline (PAN) is doped by the synthesized sulfonic acid-containing LCPs to obtain PAN-LCP ionomers. A series of electrorheological (ER) fluids are prepared using the synthesized PAN-LCP ionomers and silicone oil. The chemical structure, liquid-crystalline behavior, dielectric property of LCPs, and PAN-LCP ionomers, and ER effect of the ER fluids are characterized by use of various experimental techniques. The synthesized sulfonic acid-containing LCPs and PAN-LCP ionomers display nematic mesophase. The PAN-LCP ionomers show a slight elevation of glass transition temperatures and decrease of enthalpy changes of nematic-isotropic phase transition compared with corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The relative permittivity of the PAN-LCP ionomers is much higher than that of the corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The ER effect of the PAN-LCP ionomer dispersions is better than PAN dispersions, suggesting a synergistic reaction should be occurred among liquid crystalline component, and PAN part under electric fields.已经合成了一系列的主链液晶聚合物（LCP ）与磺酸侧基通过使用二苯基-4,4 - 二醇，6,7 - 二羟基萘-2 - 磺酸，和双（4 - （氯羰基）苯基）decanedioate 在一个单步酯化反应。
液晶弹性体的结构功能一体化研究进展
液晶弹性体的结构功能一体化研究进展目录一、内容简述 (2)1.1 研究背景与意义 (3)1.2 液晶弹性体概述 (4)1.3 结构功能一体化研究的重要性 (5)二、液晶弹性体的基本性质 (6)2.1 液晶骨架结构 (7)2.2 弹性力学行为 (9)2.3 光学性能特点 (10)三、结构与性能关系研究 (11)3.1 构造异构体对性能的影响 (12)3.2 液晶分子排列与性能的关系 (13)3.3 微观结构与宏观性能的关联 (15)四、功能化液晶弹性体的设计 (16)4.1 功能性液晶高分子的设计 (17)4.2 生物相容性与生物降解性液晶弹性体 (18)4.3 光电活性液晶弹性体的开发 (19)五、结构功能一体化实现方法 (20)5.1 聚合物基液晶弹性体的合成技术 (21)5.2 纳米材料增强与纳米复合技术 (23)5.3 功能化液晶弹性体的制备工艺 (24)六、应用领域与前景展望 (26)6.1 在柔性电子领域的应用潜力 (27)6.2 在智能交通等领域的应用前景 (29)6.3 发展趋势与挑战分析 (30)七、结论与展望 (31)一、内容简述随着科技的不断发展，液晶弹性体作为一种新型的功能材料，在各个领域得到了广泛的应用。
液晶弹性体的结构功能一体化研究进展为该领域的发展提供了重要的理论基础和实践指导。
本文将对液晶弹性体的结构特点、制备方法、性能及应用进行详细的阐述，以期为该领域的研究者提供有益的参考。
本文将介绍液晶弹性体的定义、分类及其结构特点。
液晶弹性体是一种具有介观结构的高分子材料，其分子链通过特定的键合方式形成一种类似于液晶的相态。
根据其结构特点，液晶弹性体可以分为线性、非线性、梳状等多种类型。
不同类型的液晶弹性体在力学性能、热学性能和电学性能等方面具有不同的表现。
本文将详细介绍液晶弹性体的制备方法，液晶弹性体的制备方法主要包括溶胶凝胶法、溶液浇铸法、挤出法等。
各种制备方法在得到高质量液晶弹性体的同时，还能满足不同性能需求。
高分子液晶材料的研究现状及开发前景
高分子液晶材料的研究现状及开发前景示例文章篇一：哇塞！你知道高分子液晶材料吗？我一开始也不知道，后来老师给我们讲了，我才发现这东西可太神奇啦！我就先跟你讲讲啥是高分子液晶材料吧。
你可以把它想象成一群特别有秩序的“小朋友”，它们不像其他材料的“小朋友”那样乱糟糟的，而是整整齐齐地排着队。
就好像我们做课间操的时候，大家都站得笔直，一列一列的，特别整齐。
那现在这种神奇的材料研究得怎么样啦？嘿嘿，告诉你哦，科学家们可没少下功夫！他们发现这种材料有好多厉害的地方。
比如说，它的强度特别高，就像大力士一样，能承受很大的力量。
这要是用来做一些东西，那得多结实呀！还有哦，它的热稳定性也很棒，就像在大火里也能坚强不屈的勇士。
我们班的同学还一起讨论过呢！小明就说：“这要是用来做汽车零件，那车子不得超级耐用啊！”小红接着说：“可不是嘛，说不定还能让飞机变得更厉害呢！”那它未来的开发前景咋样呢？哎呀，我觉得那简直是一片光明啊！你想想，要是能把它用在电子设备上，那我们的手机、电脑是不是能变得又薄又好用？这就好比给它们穿上了超级厉害的“铠甲”。
还有啊，在医疗领域说不定也能大展身手呢。
比如说制造更高级的医疗器械，帮助医生更好地治病救人，那得多棒啊！难道你不觉得高分子液晶材料的未来充满了无限可能吗？反正我是这么认为的！我相信在不久的将来，它会给我们的生活带来翻天覆地的变化，让我们的世界变得更加美好！示例文章篇二：哎呀呀，什么是高分子液晶材料呀？这对我这个小学生来说，可真是个超级难的问题！不过没关系，我可以努力去搞明白。
你知道吗？我们身边有好多好多东西都是由各种材料做成的。
比如说，我们的塑料文具盒、家里的电视机外壳，还有那些漂亮的玩具。
但你有没有想过，有一种很特别的材料叫高分子液晶材料呢？我去问了我的科学老师，老师说高分子液晶材料就像是一群特别听话的“小士兵”，它们排列得整整齐齐的。
这可太神奇啦！难道它们也像我们在操场上做体操一样，会按照规定的动作排好队？听说这种材料有好多厉害的地方。
液晶高分子自增强原位复合材料的研究进展
液晶高分子自增强原位复合材料的研究进展晁芬;周勇【摘要】Recent research progresses in self-reinforced in-situ composites based on Liquid Crystalline Polymers(LCP) were reviewed from the aspects of forming conditions of fibrillation,interface compatibility andUP/GF/TLCP compos-ite.The self-reinforcement in-situ composite featuring obvious strengthening effect and excellent processing performance were forecasted as the future research direction.In addition,this paper points out that the expansion of research scope will be inevitable in future studies.%从微纤的形成条件，TLCP与基体树脂的界面相容性以及原位混杂复合材料的研究出发，综述了近年来液晶高分子自增强原位复合材料的研究进展。
提出获得增强效果明显、加工性能优异的 TLCP 自增强原位复合材料是今后研究的重要方向，且在后续的研究中扩大研究范围也是不可忽视的。
【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】2页(P13-14)【关键词】液晶高分子;自增强;原位复合材料【作者】晁芬;周勇【作者单位】南京聚隆科技股份有限公司江苏南京210061;南京聚隆科技股份有限公司江苏南京210061【正文语种】中文【中图分类】TB33原位复合材料(In-situ Composite)是利用主链型热致液晶高聚物(Thermotropic Liquid Crystalline Polymer，TLCP)在加工应力下自发取向形成微纤结构的特性，用热致液晶高聚物和热塑性聚合物共混，在挤出、注塑等加工过程中，TLCP受流动作用取向而形成微纤，从而增强机体聚合物。
液晶环氧树脂研究进展
4.2.2 结果与讨论
1、热分析
DSC谱图反应 MPEPEB的升温过程 中在78.7℃和130℃ 左右出现两个吸热 峰，前者是晶体至 液晶的转变，后者 为液晶相向各向同 性相的转变，在降 温过程中仅在132℃ 出现一个各项同性 相至液晶相的转变 吸热峰。
4.3 复合型酚酯类液晶环氧
• Yin-Ling Liu合成了一种复合联苯和芳香酯型 的液晶环氧单体(4,4’-双(4-羟基苯甲氧基)3,3’,5,5’-四甲基联苯二缩水甘油醚，DGETMBPBHB)，并用DSC和POM对产物结构进 行表征。热历史对它的液晶行为影响很大。 用DDS和DDM两种固化剂在DSC中进行非等 温固化反应动力学研究。
4.3.1
DGE-TMBPBHB的合成 方法
• 0.05molTMDHBP、0.2molHBA(羟基苯甲酸)、 50ml环丁砜和5mmolp-TSA(无水对甲苯磺酸 钠)混合物在180℃搅拌下反应4h。粗产物用 冰水和乙醇洗，然后加入19.3g的TMBPBHB， 0.42molEC(环氧氯丙烷)和0.32mol异丙醇， 50℃下搅拌反应0.5h。接着1h内滴加 8.5ml30% 的NaOH溶液，在60℃下搅拌反应 4h。冷却后，白色沉淀用CH2Cl2/CH3OH重结 晶几次，得到白色粉末。最后加入固化剂 DDS或者DDM固化，得到液晶环氧树脂。
3 液晶环氧树脂
• 液晶环氧树脂（LCP）是在环氧树脂的合成过程中引 入具有反应可发生液晶行为的单体，在液晶相温度 范围内固化环氧化合物，或者在体系固化过程中发 生各向同性向液晶性的转变，最终液晶分子的有序 排列被分子间交联所固定所得到的环氧树脂。 • 优点：与热塑性树脂增韧相比，较少用量可以达到 相同相同增韧效果。 • 缺点：液晶造价高，熔点高，在EP中分散较不均匀。 • 根据液晶基元不同可以分为联苯类、芳酯类、α— 苯乙烯类以及亚甲胺类。
lcp 液晶聚合物 电压 介电常数dk
lcp 液晶聚合物介电常数dk的意义及相关研究进展一、lcp 液晶聚合物介电常数dk 的概念lcp 液晶聚合物是一种具有分子有序排列的高分子材料，具有较高的热稳定性、机械性能和光学性能，广泛应用于液晶显示、光学通信、光学存储等领域。
在 lcp 液晶聚合物的研究中，介电常数dk 是一个重要的物理参数，它反映了材料在外加电压作用下的极化效应，对材料的电学性能和光学性能起着关键作用。
二、lcp 液晶聚合物介电常数dk 的影响因素1. 分子结构：lcp 液晶聚合物的分子结构对其介电常数dk 产生重要影响。
分子链的长度、分子内键的取向等因素都会影响分子在外加电场下的极化效应，进而影响介电常数dk的数值。
2. 外加电压：外加电压是直接影响 lcp 液晶聚合物介电常数dk 的重要因素。
在外加电压作用下，lcp 液晶聚合物的分子将发生极化过程，从而导致介电常数dk 的变化。
3. 温度：温度对 lcp 液晶聚合物的分子运动和排列起着重要作用，进而影响了介电常数dk 的数值。
随着温度的变化，lcp 液晶聚合物的分子结构和极化行为也会发生变化，从而导致介电常数dk 发生改变。
三、 lcp 液晶聚合物介电常数dk 的研究进展近年来，随着 lcp 液晶聚合物在光学通信、光学显示等领域的广泛应用，人们对其介电常数dk 的研究也越来越深入。
研究人员通过理论计算和实验手段，深入探讨了 lcp 液晶聚合物介电常数dk 与分子结构、外加电压、温度等因素之间的关系，为优化 lcp 液晶聚合物的电学性能和光学性能提供了重要的理论指导。
另研究人员还不断探索新型 lcp 液晶聚合物材料，以及新的控制介电常数dk 的方法，为 lcp 液晶聚合物的应用拓展提供了新的思路。
四、 lcp 液晶聚合物介电常数dk 的应用前景lcp 液晶聚合物具有优异的电学性能和光学性能，在液晶显示、光学通信、光学存储等领域有着广泛的应用前景。
而 lcp 液晶聚合物介电常数dk 的研究不仅有助于深化人们对其材料性能的认识，还为其在相关领域的应用提供了重要支撑。
聚合物基复合材料的界面研究进展
深圳大学研究生课程论文题目聚合物基复合材料的界面研究进展成绩_______________________________ 专业材料工程______________ 课程名称.代码________年级_________________________姓名—学号______时间_______ 年_____ 月任课教师聚合物基复合材料的界面研究进展【摘要】界面的好坏是直接阻碍复合材料性能的关键因素之一。
当复合材料受到外力作历时，除增强材料和基体受力外界面亦起着极为重要的作用。
本文要紧综述无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、原位复合材料的界面特性及其改性方式，并简要介绍了各类复合材料的增强机理，界面相容性。
【关键词】聚合物；复合材料；综述;增强界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的"桥梁"，对复合材料的物理机械性能有相当重要的阻碍。
复合材料一样是由增强相、基体相和它们的中间相（界面相）组成，它们各自都有其独持的结构、性能与作用増强相要紧起承载作用基体相要紧起连接增强相和传载作用，界面是增强相和基体相连接的桥梁, 同时是应力的传递者⑴。
目前对增强相和基体相的研究已取得了许多功效，但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的硏究却不够深切,其缘故是测试界面的精细方式运用起来较困难，描述的理论尚不完整,尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的阻碍和破坏机理等方面的工作正在开展。
界面的性质直接阻碍着复合材料的各项力学性能【2】，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能，因此随着复合材料科学和应用的逬展,复合材料界面及其力学行为将愈来愈受到重视。
复合材料的强度、刚性及韧性是代表其物理机械性能的重要扌旨标,对复合材料进行界面改性使两相界面具有适合的粘附力，形成一个彼此作用匹配且能顺^传递应力的中间模臺层，以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域⑶。
基于聚合物稳定液晶的智能调光膜研究进展
第３６卷㊀第９期２０２１年９月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３６㊀N o ．９㊀S e p．２０２１㊀㊀收稿日期:２０２１Ｇ０４Ｇ１５;修订日期:２０２１Ｇ０５Ｇ１３．㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(N o ．５１７７３００９,N o ．５２０７３０１７)S u p p o r t e db y Na t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (N o ．５１７７３００９,N o ．５２０７３０１７)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :g u o jb ＠m a i l ．b uc t ．ed u ．c n 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２１)０９Ｇ１２２５Ｇ１４基于聚合物稳定液晶的智能调光膜研究进展张艺瑜,宋春风,郭金宝∗(北京化工大学材料科学与工程学院,北京１０００２９)摘要:聚合物稳定液晶(P o l y m e r S t a b i l i z e dL i q u i dC r y s t a l s ,P S L C s )是一种含少量聚合物网络的液晶Ｇ聚合物复合材料,凭借良好的光学性能及外场响应性,P S L C s 可被用作电子纸㊁调光膜㊁传感器等器件.近年来,随着能源供应的紧张以及保护环境的实际需求,调光膜的重要性逐渐被凸显.P S L C s 调光膜作为其中的一个重要分支,根据响应方式的不同其又可分为多种类型.为了进一步改善P S L C s 调光膜的光学性能,丰富其外场调控性,研究者从纳米粒子掺杂㊁染料掺杂以及聚合物网络结构改进等方面入手开展了许多研究.本文主要对近些年基于聚合物稳定液晶材料的智能调光膜领域研究进展进行了系统总结,并对未来P S L C s 调光膜的发展趋势做出了展望.关㊀键㊀词:聚合物稳定液晶;智能调光膜;外场调控;节能中图分类号:O ７５３＋．２,T B ３８１㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/C J L C D．２０２１Ｇ０１０１R e s e a r c h p r o gr e s s o f s m a r tw i n d o w s b a s e d o n p o l y m e r s t a b i l i z e d l i q u i d c r ys t a l s Z H A N G Y i Ｇy u ,S O N GC h u n Ｇf e n g,G U OJ i n Ｇb a o ∗(C o l l e g e o f M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,B e i j i n g U n i v e r s i t y o f C h e m i c a lT e c h n o l o g y ,B e i j i n g １０００２９,C h i n a )A b s t r a c t :P o l y m e r s t a b i l i z e d l i q u i dc r y s t a l s (P S L C s )a r eac l a s so f l i q u i dc r y s t a l /p o l y m e r c o m po s i t e m a t e r i a l s c o n t a i n i n g a s m a l l a m o u n t o f p o l y m e r n e t w o r k ．D u e t o t h e i r g o o d o p t i c a l p r o pe r t i e s a n df i e l d r e s p o n s i v e c h a r a c t e r i s t i c s ,t h e y c a n b e u s e d a s e l e c t r o n i c p a p e r ,s m a r tw i n d o w s ,s e n s o r s a n d o t h e r d e Ｇv i c e s ．I n r e c e n t y e a r s ,w i t h t h e p r e s s u r e o f e n e rg y s u p p l y an d t h e a c t u a l n e e do f e n v i r o n m e n t p r o t e c Ｇt i n g ,t h e i m p o r t a n c e o f s m a r tw i n d o w s h a s g r a d u a l l y b e e nh i g h l i g h t e d ．A s t h e i m p o r t a n t o f t h e b r a n Ｇc h e s ,t h e r e i s a v a r i e t y o f c l a s s i f i c a t i o no f P S L C s Ｇb a s e d s m a r tw i n d o w s d e p e n d i n g on t h e d i f f e r e n t r e Ｇs p o n s em o d e ．I n o r d e r t o f u r t h e r i m p r o v e t h e i r o p t i c a l p r o p e r t i e s a n d e n r i c h i t s f i e l d r e g u l a t i o n s t yl e s ,m a n y r e s e a r c h e s h a v eb e e nc a r r i e do u t r e c e n t l y f r o mt h e a s p e c t so fn a n o Ｇp a r t i c l ed o p i n g ,d y ed o p i n g a n d p o l y m e rn e t w o r ks t r u c t u r e i m p r o v e m e n t ,e t c ．I nt h i s p a p e r ,t h er e s e a r c h p r o gr e s so fP S L C s Ｇb a s e d s m a r tw i n d o w s i nt h e p a s t f e w y e a r s i sr e v i e w e da n dd i s c u s s e d ,a n dt h ef u t u r ed e v e l o pm e n t t r e n do f P S L C s Ｇb a s e d s m a r tw i n d o w s i s f o r e c a s t e d ．K e y wo r d s :p o l y m e r s t a b i l i z e d l i q u i d c r y s t a l s ;s m a r tw i n d o w s ;e x t e r n a l Ｇf i e l d s w i t c h i n g ;e n e r g y s a v i n g . All Rights Reserved.１㊀引㊀㊀言㊀㊀有研究表明,在现代社会中,大部分地区将近一半的建筑能耗被用于采暖㊁冷却和换气等用途[１],而预计到２２世纪时,用于制冷的能耗将比现在增加４０倍左右,这不仅增加了能量的浪费,也同样加剧了因能量生产而带来的环境破坏问题[２].近年来,智能材料飞速发展,随着实际需求的增长以及人们环保意识的增强,作为智能材料重要分支的调光膜领域引起了研究人员的广泛关注[３Ｇ４].调光膜即为一类可对紫外光㊁可见光㊁近红外光等多种光波进行动态调控的智能材料[５Ｇ６].调光膜的种类多样,其中聚合物稳定液晶调光膜以其良好的稳定性以及优异的光学性能占据了重要地位[７Ｇ９].液晶因其独特的物化性质一直受到研究人员的密切关注,但单组分的液晶材料有时无法满足生产生活中的实际需求[１０Ｇ１２].因此,将聚合物网络与液晶相结合从而得到性能优良的液晶Ｇ聚合物复合材料正在成为当今液晶领域研究的一个热点问题[１３Ｇ１５].根据复合体系中聚合物网络的含量多少可将其分成两类,即聚合物含量较高的聚合物分散液晶(P o l y m e r D i s p e r s e d L i q u i d C r y s t a l s,P D L C s)和聚合物含量较低(常低于１０％)的聚合物稳定液晶(P o l y m e r S t a b i l i z e d L i q u i dC r y s t a l s,P S L C s)[１６Ｇ１７].在聚合物分散液晶中,聚合物含量较高,形成的聚合物网络比较密集,因此有较好的力学性能[１８].其中,液晶以微滴形式存在于聚合物网络的空隙中,由于液晶随机取向,使得P D L C s膜在初始时呈散射态,当施加一定强度的外加电场后,液晶有序化,使得液晶膜变透明[１９Ｇ２２].而聚合物稳定液晶由于所含的聚合物网络较少,因此液晶膜对于外场刺激具有很快的响应速度以及极好的初始态透明度而无需像P D L C s那般消耗电能[２３].此外,P S L C s薄膜较低的雾度和较宽的视角使其在显示㊁光开关㊁相调节器等方面具有相当的应用潜力[２４Ｇ２８].P S L C s调光膜根据响应方式的不同主要可分为电调控㊁温度调控以及光调控等几类[２９Ｇ３０].其中,电调控智能窗的液晶组分可选为向列相液晶[３１]㊁胆甾相液晶[３２]或近晶相液晶[３３],３种液晶体系的调光膜在一定条件下均可实现对透光率的调控.在聚合物稳定向列液晶调光膜中,液晶分子经取向后竖直排列,调光膜呈透明态;当向液晶膜施加电场后,负性液晶分子长轴倾向于平行基板排列,因而调光膜对入射光产生比较强烈的散射作用[３４].而在聚合物稳定胆甾相液晶智能调光膜中,则多半需要使液晶在初始态平面取向,而后通过不同频率㊁不同大小的电场来调控胆甾相液晶至不同织构以改变液晶膜的光学性能.不少研究也会利用胆甾液晶的波段反射特性,通过控制胆甾相液晶的螺距大小,改变液晶体系的反射波段,从而实现对可见光区及近红外光区入射光的精准调控[３５Ｇ３７].在近来的研究中,调光膜的温度调控或光调控主要是通过液晶在升温时发生的相态变化以及掺杂一些可异构化的温度响应或光响应手性分子等途径来实现,利用液晶在相转变前后光学性质的改变以及温度响应或光响应分子在不同结构时的手性差异,达成调节液晶分子排布的目的,从而实现液晶膜光学性能的改变[３８].本文着重分析了各种外场响应型的P S L C s 智能调光膜的制备方法㊁工作原理及相关性能,总结了近些年来国内外研究人员在该领域取得的研究进展.最后,对基于P S L C s的智能调光膜未来的发展趋势做了一定的展望.２㊀P S L C s调光膜２．１㊀电场响应调光膜液晶分子的介电各向异性使得自身的空间排列会因外界电场的有无做出改变,并进而影响液晶器件的宏观透光率.由于电场调控响应速度快,调控效果稳定,因此是当下非常普遍的一种P S L C s调光膜调控方式[３９Ｇ４０].液晶调光膜的性能与液晶的取向程度息息相关,良好的液晶取向对于液晶调光膜的光学性能有很大的提升.其中聚酰亚胺取向层因其取向性能以及稳定性良好而受到了许多研究人员的青睐[４１Ｇ４６].但由于P I取向层往往由前驱体聚酰胺酸P A A经近２００ħ高温固化而得,使得绝大多数的柔性基板因难以承受如此高温而无法应用.因此,Z h a n g[４７]等进行了详细研究来探讨低温固化对P I取向效果的影响.通过对一系列在不同６２２１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.固化温度下得到的P I取向层进行性能对比,确定了前驱体聚酰胺酸P A A溶液固化的温度范围,并以低温固化P I作取向层的P E T柔性材料作基板,得到了电光性能良好的P S L C s调光膜.文璞山[４８]等合成了３种热稳定性较高的可溶性聚酰亚胺,经摩擦后的薄膜具有较好的取向性能,有望应用于柔性光学薄膜.H u[４９]等以P I为取向层,实现了反式P S L C s器件的制备,如图１所示.该项研究主要着眼于聚合物网络的含量及厚度对液晶调光膜的光学性能的影响,成功制得一种关态雾度低至３．５％㊁开态雾度高达９８％的光学性能优良的液晶膜.此外,该方法所制得的液晶膜电光性能及热稳定性均较优异,均匀性亦佳,可制得４０c mˑ５０c m大小的智能窗,有望成为新一代智能窗的蓝本.图１㊀(４０c mˑ５０c m)智能窗在关(０V)和开(４０V)状态的实物图[４９]F i g．１㊀P r o t o t y p e o fa(４０c mˑ５０c m)s m a r tw i n d o wi n t h eo f f s t a t e(０V)a n do ns t a t e(４０V)M e n g[５０]等则进一步改善了取向层的制作工艺,将液晶性聚合物网络引入到取向层中,通过热致相分离的方法得到了一种厚度分布不均匀的取向层,如图２(a)所示.研究认为,因热致相分离导致的基板表面不平整的取向层结构不会影响聚酰亚胺垂直取向层的取向作用,故而不会降低液晶膜的初始透明态,且由于基板表面形成的许多不平整的凸起会使得P S L C s膜的内部在加电后会形成更多倾角不同的散射微畴,因此所形成的液晶膜的散射态有明显提升.此外,研究还针对液晶膜厚度对光电性能的影响进行了探究,得到了该体系液晶膜综合性能最佳时的参数.所得液晶膜有望应用于智能窗及透明显示器件等领域中.由于染料的吸收各向异性可以与液晶分子的取向状态产生一定的配合,且某些染料对于P S L C s智能窗的电光性能有较明显提升,因此,图２㊀(a)热处理后所得取向层的形态;(b)加电时,不均匀取向液晶膜内的随机预倾角微畴示意图;(c)１００c m２P S L C s的开关态实物照片(背景植物距离膜２０c m)[５０].F i g．２㊀(a)A l i g n m e n t s u r f a c em o r p h o l o g i e sw i t h i nＧh o m o g e n e i t y t r e a t m e n t;(b)R a n d o m p r e t i l td o m a i n s s c he m a t i c a t p o w e rＧo n s t a t e b a s e d o ni n h o m o g e n e o u sa l i g n m e n ts u r f a c e;(c)O nＧa n do f fＧs t a t e o f a１００c m２P S L C s s m a r tw i nＧd o w(t h eb a c k g r o u n d p l a n tw a she l da t a d i sＧt a n c e o f２０c m)．由二向色性染料和液晶形成的宾主体系近来也逐渐成为研究热点[５１Ｇ５３].所谓二向色性染料,是指沿染料分子长轴指向和短轴指向对偏振方向与之平行的偏振光具有差异性吸收的染料,因此也可被称为吸收二向色性染料[５４Ｇ５５].自２０世纪６０年代H e i l m e i e r与Z a n o n i报道了第一例液晶与二向色性染料混合构筑形成的宾主体系以来,该类体系便被人们广泛进行了制备与研究[５６Ｇ５７].由于单一的P S L C s体系调光膜的雾度相对较低,一般只有４０％~５０％,难以满足生产生活中的实际需求,严重限制了P S L C s调光膜的应用.因此S u n[５８]等提出了一种利用有机染料提高调光膜对比度的方法,如图３所示.研究发现,非二向色性染料更易着色,使得P S L C s膜的开㊁关两态的颜色浓重,从而不利于提高P S L C s的开关态对比度;二向色性染料而由于自身的吸光各向异性使得样品在关断状态只显示出轻微的颜色,在开启状态显示出较为浓重的颜色,从而在一定程度上增强了开关两种状态下的对比度.因此,他们制备了两种染料混合的P S L C s调光膜.研究结果表明,由于减色效应,P S L C s调光膜在关断状态时近乎无色,而加电后则显示出浓厚的颜色,大幅７２２１第９期㊀㊀㊀㊀张艺瑜,等:基于聚合物稳定液晶的智能调光膜研究进展. All Rights Reserved.增加了液晶膜的开关对比度,同时也为从美学角度出发,通过掺入混合染料制作彩色P S L C s 智能窗提供了一种可行的方法.图３㊀(a )P S L C s 膜掺杂混合染料的实物图;(b )掺杂混合染料的P S L C s 的透光率[５８].F i g ．３㊀(a )P h o t o g r a p ho fP S L C sd o pe dw i t h m i x e d d y e s ;(b )T r a n s m i t t a n c e of P S L C s d o pe d w i t hm i x e dd ye s ．某些纳米颗粒可以改善液晶的介电各向异性以及分子排列,并且还可吸附体系中可能存在的杂质离子,进而优化P S L C 的电光性能,因此向体系中添加各类的纳米粒子也是提升P S L C s 智能窗性能的一种常用方法[５９Ｇ６４].P a r k [６５]等通过向P S L C s 体系中添加T i S i O ４㊁B a ＧT i O ３㊁S r T i O ３以及B a T i O ３ＧS r T i O ３混合粒子等不同种类的无机纳米粒子,改善了调光膜的电光性能,如图４(a )所示.研究发现当纳米粒子的含量为０．１％(质量分数)左右时,能够在不影响液晶膜光学性能的前提下提高其电性能.Y a n [６６Ｇ６７]等向P S L C s 体系中加入银纳米线以及银纳米粒子,通过对照实验,得出了P S L C s 驱动电压下降幅度最大时的银纳米线的掺杂含量,同样证明了银纳米线可以有效改善P S L C s 调光膜的电光性能,如图４(b)所示.对聚合物网络结构的改进优化是另外一种提高液晶膜电光性能的方法.为了降低传统P S L C s 的长期稳定性不足以及解决传统柔性调光膜难以经受大角度弯折的问题[６８Ｇ６９],Y o o n [７０]图４㊀(a )掺杂T i S i O ４,B a T i O ３,S r T i O ３和B a T i O ３/S r T i O ３粒子液晶膜的电光曲线;(b)不同银纳米线含量的液晶膜的V １０与V ９０曲线[６６Ｇ６７].F i g ．４㊀(a )VＧT c h a r a c t e r i s t i c so f l i q u i dc r ys t a l c e l l s d o p e dw i t hT i S i O ４,B a T i O ３,S r T i O ３a n dB a ＧT i O ３/S r T i O ３N P s ;(b )V a r i a t i o n s o f A g n a n o w i r e i nv o l t a g e s f o r １０％(V １０)t r a n s m i s Ｇs i o na n d９０％t r a n s m i s s i o n (V ９０)．等提出了一种 一步双稳 (S i n g l e ＧS t e p Du a l S t a Ｇb i l i z a t i o n ,S S D S)方法来制备液晶调光膜,通过使用掩模控制聚合区域形成聚合物墙结构,液晶分子以及凝胶被限制在墙内的网格中,改善了液晶膜的光电性能,增强了液晶膜的机械强度.体系中的主要成分为液晶㊁凝胶剂以及小分子可聚合单体.其中,胶凝剂用于生成胶凝聚合物网络,以稳定液晶分子的取向,而可聚合单体则用于形成坚韧的密封层,保护智能窗,防止液晶内容物流出,如图５所示.通常,P S L C s 是通过紫外光引发单体聚合而形成.但是,过强的紫外光往往会对体系中的某些组分,比如染料分子造成破坏,导致其颜色失真甚至褪色[７１Ｇ７２].为了解决这一问题,Y u [７３]等提出了一种热聚合的方法,可有效防止染料因紫外光照而变质,得到的颜色纯正㊁阻光性能良好的P S L C s 膜,可用于智能窗以及动态屏幕等领域,如图６所示.８２２１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.图５㊀S S D S 液晶盒的宏观散射态(a )和透明态(b )图像;S S D S 液晶盒受剪切作用(c ),压力作用(d )时的偏光图片以及受弯曲作用(e)时的实物图片[７０].F i g ．５㊀M a c r o s c o p i ci m a g e so ft h el i g h ts c a t t e r i n g st a t e (a )a n dt h e l i gh t t r a n s m i s s i o ns t a t e (b );O r t h o Ｇs c o p i cP OMi m a g e s o f t h e S S D S c e l l s f o r pr e s s u r e r e s i s t a n c e (c ),c u t t i n g t e s t (d ),a n d m a c r o s c o p i c i m a ge of t h eb e n d e dS S D Sc e l l (e )．图６㊀热聚合(i )与U V 光聚合(i i )得到的P S L C s 的实物照片(a )以及总透射率(T t )㊁漫透射率(T d )㊁镜透射率(T s )和雾度(b)[７３].F i g ．６㊀(a )P h o t o g r a p h so fd y e Ｇd o pe dP S L C sc e l l sf a b r i Ｇc a t e db y t h e r m a l (i )a n d U V l i gh t (i i )a n dt h e m e a s u r e d t o t a l t r a n s m i t t a n c e (T t ),d i f f u s e t r a n s Ｇm i t t a n c e (T d ),s pe c u l a rt r a n s m i t t a n c e (T s )a n d h a z e (b )．２．２㊀温度响应调光膜温度响应调光膜因自身的配置较简单,从而使得其制造和维护的成本很低,特别是与电控智能窗相比,不需要添加电极等额外的电力系统和其他部件.此外,其自动响应温度的特点,减少了对开关系统的需求,从而无需消耗外部能量或依赖于人工操作的电气控制[７４Ｇ７７].通过感应周围环境热量的变化而改变其光透过率是降低建筑能耗的一种有前途的解决方案,因此温度响应新型智能窗技术吸引了越来越多的科学关注[７８Ｇ８０].图７㊀(a )乙醇中的M P TM S 改性的I T O /S i O ２纳米粒子的T E M 照片;(b )所得调光膜的柔韧性以及工业制得的大尺寸液晶调光膜的(c)透明态及(d)散射态[８１].F i g ．７㊀(a )T E M i m a geo f M P TM S Ｇf u n c t i o n a l i z e d I T O /S i O ２N C s i n e t h a n o l ;(b )F l e x i b i l i t y o f t h ea s Ｇm a d es m a r t f i l m ;T h et r a n s m i t t a n c e s t a t e (c )a n ds c a t t e r i n g st a t e (d )o ft h ea s Ｇm a d e l a r ge s c a l ef i l m s ．P D L C s 更易制备大面积的柔性薄膜,但薄膜中的液晶分子无规取向;而P S L C s 虽然可以控制其中液晶分子的取向,但所得液晶膜剪切强度弱,难以应用于柔性器件.因此,北京大学杨槐教授课题组采用分步聚合的方法,利用非液晶性聚合单体之间的聚合速率大于液晶性聚合单体的特点,使含有上述两类聚合单体的液晶膜于不同聚合条件下先后形成P D L C s 和P S L C s 的基础结构,成功研制出一种聚合物分散/稳定液晶的共存体系.该复合体系的液晶膜综合了两者的优点,在具有P D L C s 良好力学强度的基础上又兼有P S L C s 良好的透光态,并可进一步通过向其体系中掺杂纳米粒子的方法,制得多重响应类型的液晶调光膜,例如:L i a n g [８１]等通过将甲基丙烯酰氧９２２１第９期㊀㊀㊀㊀张艺瑜,等:基于聚合物稳定液晶的智能调光膜研究进展. All Rights Reserved.基丙基三甲氧基硅烷(m e t h a c r y l o x y p r o p yl t r i m e Ｇt h o x ys i l a n e ,M P T M S )表面改性的I T O 粒子掺入聚合物分散/稳定液晶复合体系,利用I T O 的近红外光遮蔽性,可制得一种大面积的温度Ｇ电场双响应体系共存的液晶膜,如图７所示.该液晶膜具有良好的力学性能与光学性能,有望作为智能窗器件应用于实际生活.I T O 粒子具有良好的近红外光区遮蔽作用,但在实际应用场景中,并不总是需要将环境中的红外光过滤掉,因此I T O粒子对近红外光不可调图８㊀(a )液晶膜的４种不同调控模式;(b )含２．５％(黑色)和５．０％(红色)W ＧV O ２/P V P 纳米粒子薄膜在１１５０n m 处的加热和冷却循环的透光率[８５].F i g ．８㊀(a )F o u r o pt i c a lm o d u l a t i o nm o d e s r e a l i z e d i n t h eh y b r i d m i c r o Ｇn a n oc o m p o s i t ef i l m ;(b )T r a n s m i t t a n c eo ft h ef i l m sc o n t a i n i n g ２．５％(b l a c k )a n d ５．０％(r e d )W ＧV O ２/P V PN C s a t １１５０n m d u r i n g t h eh e a t i n g a n dc o o l i n g c yＧc l e s ．节的阻隔作用不能完全适应人们的需求.二氧化钒粒子作为一种热敏材料,晶体结构会在温度升高到６８ħ时由单斜晶系转变为金红石相,相应地,粒子对于近红外光也由高透过率转变为高反射率,更常被用作智能材料,一直受到研究人员的密切关注[８２Ｇ８４].因此L i a n g [８５]等通过将钨掺杂的二氧化钒粒子与液晶Ｇ聚合物复合体系相结合,制备了一种新型的温度Ｇ电场响应液晶膜,如图８所示.这项工作充分利用了液晶分子的电场响应性和二氧化钒粒子的温度响应性,使得液晶膜在电场开㊁关态以及环境高低温情况下,共有４种不同的调控模式,在可见光区及近红外光区内实现了智能调控.由于研究中形成的聚合物网络结构同为聚合物分散/稳定液晶共存体系,因此液晶膜在拥有良好的电光性能的同时,也具有良好的耐疲劳性,有望应用于新型智能器件.R a n jk e s h [８６]等报道了一种具有反射波段可调的P S C L C 智能薄膜,该薄膜可通过温度Ｇ电场实现双外场调控,如图９所示.利用液晶盒内竖直方向上单体的聚合速率在强紫外光下会有明显差异的现象,使得聚合形成的网络密度产生明显的梯度分布,即体系内胆甾相液晶的螺距也会随之有大范围的分布,由于平面取向的胆甾相液晶会将入射光中一定波长的旋向与自身相同的部分光反射,而反射的区间又取决于液晶的螺距长短.因此,研究中的螺距梯度宽幅分布可以使液晶膜实现宽波调控,且体系中加入的少量紫外光吸收剂可稳定聚合物网络,延长调光膜的使用寿命.０３２１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.图９㊀(a)螺距梯度形成机理示意图;(b)P S L C s膜的温度依赖性;(c)不同聚合光强的P S L C s反射峰的位置[８６].F i g．９㊀(a)S c h e m a t i c r e p r e s e n t a t i o no f t h e p r o p o s e dm e c h a n i s m f o rt h e g e n e r a t i o n o ft h e p i t c hg r a d i e n t t h r o u g h o u t t h e c e l l;(b)T e m p e r a t u r e d e p e n d e n c e o f t h e c e l l;(c)P e a kp o s i t i o n a s a f u n c t i o n o f t e m p e r a t u r e a t d i f f e rＧe n tU Vi n t e n s i t y．㊀㊀Z h a n g[８７]等利用液晶随温度变化的相转变特性以及胆甾型液晶对电磁波的选择反射特性,制得了一种温度响应的P S C L C调光膜,如图１０所示.这种液晶调光膜在低温条件下,只会反射波长较长的红外光;而随着温度的升高,液晶的有序程度降低,C L C的螺距减小,P S C L C调光膜的反射波段也因此发生蓝移,从而反射近红外波段的电磁波.与此同时,该P S C L C调光膜在可见光波段内还拥有良好的透光度,因此能够在不影响图１０㊀(a)液晶膜反射装置的调控机理;(b)P S C L C 基近红外反射器件的透光率Ｇ温度依赖性;(c)无反射装置㊁加装C L C反射装置和P S C L C反射装置的密封盒子中的温度变化[８７].F i g．１０㊀(a)S c h e m a t i c s o f t h e t e m p e r a t u r eＧr e s p o n s i v e i n f r a r e d r e f l e c t i v e d e v i c e sb a s e do nP S C L C;(b)T e m p e r a t u r eＧd eＧp e n d e n t t r a n s m i s s i o n s p e c t r a o f t h e f l e x iＧb l e i n f r a r e dr e f l ec t o rb a s e do n P S C L C;(c)T e m p e r a t u r ec h a n g e s w i t ht i m eo ft h et h e r m a l i n s u l a t i o n b o x w i t ha C L Cr e f l e c t o r,a P S C L C r e f l e c t o r,a n dw i t h o u t ar e f l e c t o r．视觉体验的前提条件下阻挡热辐射,起到一定的隔热效果.２．３㊀光响应调光膜由于电控P S L C s智能窗在保持其电光性能㊁实现其使用价值时仍要耗费部分能源,而温控P S L C s智能窗的光性能环境调控又不够灵活,因此研究人员也在不断探寻一种更易调控㊁能源消耗更少的P S L C s智能窗,因此,光响应调光膜逐渐引起了各国技术人员的重视.K u a n g[８８]等提出了一种基于偶氮苯基团光热效应的紫外光响应调光膜.研究将具有光响应特性的偶氮基团引入垂直取向层,赋予了液晶膜透光率光调控的性质,如图１１所示.在初始态,由于垂直取向层的锚定作用,液晶分子呈垂直排列,调光膜为透明态;当受热或者紫外光照射后,取向层结构中的偶氮苯分子发生顺反异构反应,使得液晶分子转变为手征向列相,调光膜呈散射态.这种P S L C s调光膜不仅有良好的热/紫外光响应性,还具有良好的可逆性和稳定性,可用作节能智能窗.１３２１第９期㊀㊀㊀㊀张艺瑜,等:基于聚合物稳定液晶的智能调光膜研究进展. All Rights Reserved.图１１㊀(a)液晶智能窗的光Ｇ热效应示意图;(b)所得P S L C膜的各向同性态㊁手征向列相以及手征近晶相的照片;(c)不同聚合物刷含量的P S L C膜的透光率;(d)所得P S L C液晶膜的耐疲劳性[８８].F i g．１１㊀(a)S c h e m eo f t h e p r o p o s e ds m a r tw i n d o wb a s e do n t h e p h o t oＧt h e r m a l e f f ec t;(b)P h oＧt o g r a p h s o f t h e f a b r i c a t e dP S L C s c e l l s i n t h eI s o t r o p i c,N∗a n d S m A∗p h a s e s;(c)T r a n s m i t t a n c ev a l u e s o f P S L C c e l l s a s af u n c t i o no f t h e c o n c e n t r a t i o no f t h e p o l y m e rb r u s h;(d)T r a n s m i t t a nc e o f P S L C c e l lu n d e r r e p e a t e dU Va n dv i s i b l e i r r a d i a t i o n．程张祥等[８９]利用偶氮苯类分子的光响应性,将偶氮苯分子与P S L C s复合得到了一种可进行光调控的智能窗.该智能窗两侧无需设置电极层,聚合物稳定液晶中添加的偶氮苯分子会沿垂直于入射光的偏振方向而排列,使得所得的智能窗在偏振光照射下呈透明状态,而在自然光照射下呈不透明状态,两种状态可通过智能窗表面偏振膜的简单拆装而实现.这种无需电压控制液晶取向的智能窗器件更加节能环保,并且其中的偶氮苯分子还可吸收部分紫外光,提高了液晶层的耐久度,使智能窗的性能更加稳定.２．４㊀P S L C s双稳态调光膜上述多种液晶膜的光学性能会随着电场的施加与撤除㊁温度的升高与降低或光强的增大与减小而发生实时的变化.但在日常生产生活中的某些需要液晶调光膜提供持续稳定的遮光或透光条件应用场景,则需要长时间地施加外场刺激,这无疑会消耗较多能量,也限制了调光膜的使用范围.因此,研究人员开始寻求一种即使撤去外场刺激,光学性能也可长时间保持的液晶调光膜,双稳态液晶膜便逐渐走入了人们的视野.双稳态液晶器件多由胆甾型液晶为主要组成部分[９０Ｇ９３],只需施加短时间的外场刺激即可将液晶膜调控至透明态或散射态,而即使随后撤去电场,液晶智能窗仍能保持之前的光学状态不发生变化,可有效实现智能窗的节能作用[９４Ｇ９７].L e e[９８]等报道了一种在近红外光区有反射峰的聚合物稳定双稳液晶调光膜,如图１２所示.图１２㊀(a)１５μm厚的液晶膜在(i)５０V A C,(i i)０V,(i i i)１００V D C和(i v)０V电压下的照片;(b)３０μm厚的液晶膜在(i)０V,(i i)１００V A C,(i i i)O F F(０V);(i v)４５V D C;(v)O F F(０V)时的透光率[９８].F i g．１２㊀(a)P h o t o g r a p h s o f s a m p l e sw i t h１５μmt h i c kＧn e s s a t(i)５０V A C,(i i)０V,(i i i)１００VD C,a n d(i v)０V;(b)T r a n s m i s s i o n o fs a m p l e sw i t h３０μmt h i c k n e s s a t(i)０V,(i i)１００V A C,(i i i)O F F(０V),(i v)４５V D C,(v)O F F(０V)．２３２１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.所得液晶膜在初始态为散射态,施加１００V交流电场后,液晶膜变透明;再次施加一个４５V 的直流电场,调光膜又能够保持散射态.所得液晶膜既具有P S L C s 响应速度快的优点,又同时具图１３㊀(a )不含离子添加剂的液晶膜在(i )０V ,(i i)９０V 以及含有离子添加剂的液晶膜在(i i i )０V ,(i v )９０V 时的偏光图像;(b )液晶膜的雾度和透光率随时间的变化[９９].F i g ．１３㊀(a )P OMi m a ge s of t h e f a b r i c a t e dC L Cc e l l s w i t h o u t i o n sa t (i )０V ,(i i )D C９０V o rw i t h i o n s a t (i i i )０V ,(i v )D C９０V ;(b )H a z ev a l u ea n ds pe c u l a rt r a n s m i t t a n c e v s ．t i m e of t h e f a b r i c a t e d i o n Ｇd o pe dC L Cc e l l ．备了双稳的特性,在未来有望应用到建筑及交通等领域.K i m [９９]等将二向色性染料与离子添加剂掺杂于聚合物稳定液晶膜中,改善了液晶膜的光学性能.研究发现初始态的液晶分子在H T A B 离子表面活性剂的作用下呈垂直排列,当施加电场后,离子扰动液晶体系转变为焦锥织构,调光膜对入射光强烈散射,如图１３所示.所得液晶膜既具有良好的光学性能,也具有良好的持久性,可作防窥装置使用.３㊀总结与展望基于聚合物稳定液晶的智能调光膜近些年来吸引了科研人员的广泛关注,相关的研究也越来越深入.本文简要介绍了各种外场响应类型的聚合物稳定液晶智能调光膜的制备方法㊁工作原理.总结了近些年来国内外研究人员在该领域取得的研究进展.相较于聚合物分散液晶,聚合物稳定液晶智能窗的响应条件更加灵活,光学性能也在不断提高,适用范围更加广泛.但是,在器件基板的粘结性㊁耐久性以及环境稳定性方面还有待进一步提升.另外,应因节能㊁环保的实际需求,聚合物稳定液晶智能窗的研究重点将会更加向温控㊁光控以及多重调控等领域拓展.尽管聚合物稳定液晶智能窗还面临上述提到的一些问题,相信在科研工作者的不断努力下,这类聚合物稳定液晶调光膜一定具有宽广的应用前景.参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀K HA N D E L WA L H ,L O O N E N R C G M ,H E N S E N JL M ,e ta l ．E l e c t r i c a l l y s w i t c h a b l e p o l y m e rs t a b i l i s e d b r o a d b a n d i n f r a r e d r e f l e c t o r s a n d t h e i r p o t e n t i a l a s s m a r tw i n d o w s f o r e n e r g y s a v i n g i n b u i l d i n g s [J ]．S c i e n t i fi cR e Ｇpo r t s ,２０１５,５(１):１１７７３．[２]㊀I S A A C M ,V A N V U U R E N DP ．M o d e l i n gg l o b a l r e s i d e n t i a l s e c t o r e n e r g y d e m a n d f o r h e a t i n g a n da i r c o n d i t i o n i n g i n t h e c o n t e x t o f c l i m a t e c h a n g e [J ]．E n e r g y P o l i c y ,２００９,３７(２):５０７Ｇ５２１．[３]㊀MA L L I K A R J U N A K ,S H I N D E M A ,K I M H．E l e c t r o c h r o m i c s m a r tw i n d o w s u s i n g ２D ＧM o S ２na n o s t r u c t u r e s p r o Ｇt e c t e d s i l v e rn a n o w i r eb a s e df l e x i b l e t r a n s p a r e n t e l ec t r ode s [J ]．M a t e r i a l sS c i e n c e i nS e m i c o n d u c t o rP r o c e s s i n g ,２０２０,１１７:１０５１７６．[４]㊀K A N GSK ,HO D H ,L E EC H ,e t a l ．A c t i v e l y o p e r a b l e t h e r m o r e s p o n s i v e s m a r tw i n d o w s f o r r e d u c i n g e n e r g y c o n s u m p t i o n [J ]．A C SA p p l i e d M a t e r i a l s&I n t e r fa c e s ,２０２０,１２(１３):３３８３８Ｇ３３８４５．[５]㊀N I K L A S S O NGA ,G R A N Q V I S TCG．E l e c t r o c h r o m i c s f o r s m a r tw i n d o w s :t h i n f i l m s o f t u n gs t e n o x i d e a n d n i c k e l o x i d e ,a n dd e v i c e sb a s e do n t h e s e [J ]．J o u r n a l o f M a t e r i a l sC h e m i s t r y ,２００７,１７(２):１２７Ｇ１５６．３３２１第９期㊀㊀㊀㊀张艺瑜,等:基于聚合物稳定液晶的智能调光膜研究进展. All Rights Reserved.[６]㊀K I M H ,K I M Y ,K I M KS ,e t a l ．F l e x i b l e t h e r m o c h r o m i cw i n d o wb a s e do nh y b r i d i z e dV O ２/g r a p h e n e [J ]．A C S N a n o ,２０１３,７(７):５７６９Ｇ５７７６．[７]㊀B A E T E N SR ,J E L L EBP ,G U S T A V S E N A．P r o p e r t i e s ,r e q u i r e m e n t s a n d p o s s i b i l i t i e s o f s m a r tw i n d o w s f o r d yＧn a m i c d a y l i g h t a n d s o l a r e n e r g y c o n t r o l i nb u i l d i n g s :a s t a t e Ｇo f Ｇt h e Ｇa r t r e v i e w [J ]．S o l a rE n e r g y M a t e r i a l s a n dS o Ｇl a rC e l l s ,２０１０,９４(２):８７Ｇ１０５．[８]㊀L AM P E R T C M．L a r g e Ｇa r e as m a r t g l a s sa n di n t e g r a t e d p h o t o v o l t a i c s [J ]．S o l a rE n e r g y M a t e r i a l sa n d S o l a r C e l l s ,２００３,７６(４):４８９Ｇ４９９．[９]㊀B A L I Y A N V K ,J E O N GK U ,K A N GSW．D i c h r o i c Ｇd y e Ｇd o p e d s h o r t p i t c h c h o l e s t e r i c l i q u i d c r y s t a l s f o r t h e a p p l i Ｇc a t i o no f e l e c t r i c a l l y s w i t c h a b l e s m a r tw i n d o w s [J ]．D y e s a n dP i gm e n t s ,２０１９,１６６:４０３Ｇ４０９．[１０]㊀W I L L I AM SR．D o m a i n s i n l i q u i d c r y s t a l s [J ]．T h eJ o u r n a l o f C h e m i c a lP h ys i c s ,１９６３,３９(２):３８４Ｇ３８８．[１１]㊀M I T O V M．C h o l e s t e r i c l i q u i d c r y s t a l sw i t h a b r o a d l i g h t r e f l e c t i o nb a n d [J ]．A d v a n c e dM a t e r i a l s ,２０１２,２４(４７):６２６０Ｇ６２７６．[１２]㊀S N Y D E R L C ．A n a l y s i so fn u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c es p e c t r ao fm o l e c u l e s i nl i q u i d Ｇc r y s t a l s o l v e n t s [J ]．T h e J o u r n a l o f C h e m i c a lP h ys i c s ,１９６５,４３(１１):４０４１Ｇ４０５０．[１３]㊀H I G G I N SD A．P r o b i n g t h em e s o s c o p i c c h e m i c a l a n d p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f p o l y m e r Ｇd i s p e r s e d l i q u i d c r y s t a l s [J ]．A d v a n c e d M a t e r i a l s ,２０００,１２(４):２５１Ｇ２６４．[１４]㊀D I E R K I N GI ．P o l y m e r n e t w o r k Ｇs t a b i l i z e d l i q u i d c r ys t a l s [J ]．A d v a n c e d M a t e r i a l s ,２０００,１２(３):１６７Ｇ１８１．[１５]㊀F U N G Y K ,Y A N G D K ,Y I N G S ,e ta l ．P o l y m e rn e t w o r k sf o r m e di nl i q u i dc r y s t a l s [J ]．L i q u i d C r y s t a l s ,１９９５,１９(６):７９７Ｇ８０１．[１６]㊀Z HA N GC H ,WA N GDR ,C A O H ,e l a l ．P r e p a r a t i o n a n d e l e c t r o Ｇo p t i c a l p r o p e r t i e s o f p o l y m e r d i s p e r s e d l i qu i d c r y s t a l f i l m sw i t hr e l a t i v e l y l o wl i q u i dc r y s t a l c o n t e n t [J ]．P o l y m e r s f o rA d v a n c e d T e c h n o l o gi e s ,２０１３,２４(５):４５３Ｇ４５９．[１７]㊀ŽUM E R S ,D O A N EJW．L i g h t s c a t t e r i n g f r o ma s m a l l n e m a t i cd r o p l e t [J ]．P h y s i c a lR e v i e w A ,１９８６,３４(４):３３７３Ｇ３３８６．[１８]㊀D I E R K I N GI ,K O S B A RLL ,A F Z A L I ＧA R D A K A N IA ,e t a l ．N e t w o r k m o r p h o l o g y o f p o l y m e r s t a b i l i z e d l i q u i d c r y s t a l s [J ]．A p p l i e dP h y s i c sL e t t e r ,１９９７,７１(１７):２４５４Ｇ２４５６．[１９]㊀R A J A R AM C V ,HU D S O NSD ,C H I E N LC ．M o r p h o l o g y o f p o l y m e r Ｇs t a b i l i z e d l i q u i dc r y s t a l s [J ]．C h e m i s t r yo f M a t e r i a l s ,１９９５,７(１２):２３００Ｇ２３０８．[２０]㊀H E N R Y R M ,R AM S E Y R A ,S HA R MASC ．E f f e c t s o f c r o s s l i n k i n g a g e n t ,c u r e t e m pe r a t u r e ,a n dU Vf l u xo n t h e e l e c t r o Ｇo p t i c a l p r o p e r t i e so f p o l y m e r Ｇd i s p e r s e d l i q u i dc r y s t a l c e l l s [J ]．J o u r n a l o f P o l ym e rS c i e n c eP a r tB :P o l y m e rP h ys i c s ,２００４,４２(３):４０４Ｇ４１０．[２１]㊀F U N G Y K ,Y A N GD K ,D O A N EJ W．C h o l e s t e r i c l i q u i dc r y s t a l /p o l y m e r g e l d i s p e r s i o n f o r f l a t Ｇp a n e l d i s p l a y s [J ]．P r o c e e d i n g s o f S P I E ＧT h e I n t e r n a t i o n a lS o c i e t y f o rO p t i c a lE n g i n e e r i n g ,１９９２,１６６４:４１Ｇ４７．[２２]㊀V A ZN A ,S M I T H G W ,MO N T G OM E R Y GPJ R．Al i g h t c o n t r o l f i l mc o m p o s e do f l i q u i d c r y s t a l d r o p l e t s d i s Ｇp e r s e d i naU V Ｇc u r a b l e p o l y m e r [J ]．M o l e c u l a rC r y s t a l s a n dL i q u i dC r y s t a l s ,１９８７,１４６(１):１Ｇ１５．[２３]㊀G O T T A R E L L IG ,S P A D A GP ．I n d u c e d c h o l e s t e r i cm e s o p h a s e s :o r i g i na n da p p l i c a t i o n [J ]．M o l e c u l a rC r y s t a l s a n dL i q u i dC r ys t a l s ,１９８５,１２３(１):３７７Ｇ３８８．[２４]㊀H I C K SSE ,HU R L E YSP ,Z O L ARS ,e t a l ．P o l y m e r s t a b i l i z e dV A m o d e l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y [J ]．J o u r n a l o f D i s p l a y T e c h n o l o g y ,２０１１,７(１１):６１９Ｇ６２３．[２５]㊀L I N Y H ,C H E N HS ,C H I A N GT H．Ar e f l e c t i v e p o l a r i z e r Ｇf r e e d i s p l a y u s i n g d y e Ｇd o p e d p o l ym e r Ｇs t a b i l i z e d b l u e Ｇp h a s e l i q u i d c r y s t a l s [J ]．J o u r n a l o f t h eS o c i e t y f o r I n f o r m a t i o nD i s p l a y ,２０１２,２０(６):３３３Ｇ３３６．[２６]㊀L I U YJ ,S U NX W ,D A IH T ,e t a l ．E f f e c t o f s u r f a c t a n t o n t h e e l e c t r o Ｇo p t i c a l p r o p e r t i e s o f h o l o g r a p h i c p o l ym e r d i s p e r s e d l i q u i d c r y s t a l B r a g gg r a t i n g s [J ]．O p t i c a lM a t e r i a l s ,２００５,２７(８):１４５１Ｇ１４５５．[２７]㊀F U R U E H ,M I Y AMA T ,I I MU R A Y ,e t a l ．M e s o g e n i c p o l y m e r s t a b i l i z e d f e r r o e l e c t r i c l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y ex Ｇh i b i t i n g m o n o s t a b i l i t y w i t h h i g h c o n t r a s tr a t i oa n d g r a y s c a l ec a p a b i l i t y [J ]．J a p a n e s e J o u r n a lo f A p pl i e d P h ys i c s ,１９９７,３６(１１B ):L １５１７ＧL １５１９．[２８]㊀于美娜,张华,曾彧,等．新型反式聚合物稳定液晶光电薄膜的制备及性能[J ]．液晶与显示,２００７,２２(３):２６２Ｇ２６７．Y U M N ,Z HA N G H ,Z E N GY ,e t a l ．P r e p a r a t i o n a n d e l e c t r o Ｇo p t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f r e v e r s e Ｇm o d e p o l ym e r s t a Ｇ４３２１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３６卷㊀. All Rights Reserved.。
高分子液晶材料的应用及发展趋势
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 。
2009. No. 3 陶 瓷 · 17 ·
2. 1. 1 溶致型主链液晶高分子 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
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 。
手性液晶材料的研究进展
手性液晶材料的研究进展龚浩天051002207摘要：介绍了手性液晶的发展过程，阐述了手性液晶的结构、分类与应用研究的现状，着重讨论了手性液晶结构及性能的关系并在显示用液晶材料中的重要作用及应用，并对手性液晶的发展前景做了展望。
关键词：手性添加剂；分子间氢键手性液晶；手性液晶聚合物；手性液晶弹性体1 引言手性液晶高分子是指带有手性中心的液晶高分子，是目前液晶研究领域的热点之一。
手性液晶高分子的特征是液晶基元分子结构中含有不对称手性中心的碳原子(常以“C*”表示)，分子本身不具有镜像对称性。
这类液晶的分子因手性中心的存在而形成螺旋结构，这些螺旋结构使手性液晶高分子具有许多一般液晶高分子所不具有的光学性质，如旋光性、偏振光的选择反射和圆二色性等。
手性液晶高分子的液晶类型一般为胆甾相或近晶相。
这类液晶因其独特的光学、电学性质而日益受到广泛的重视[34~43]。
早在1922年，法国化学家Friedel就发现了光学活性物质可以诱导向列相液晶转变为胆甾相液晶。
而胆甾醇的酯类衍生物是最早出现的手性液晶，被作为手性添加剂在向列相液晶显示材料中使用。
直到2O世纪70年代中期，新的手性添加剂(CB15)才被英国Hul大学Gray等合成出来。
就在同一时期，德国Meyer等研究并报道了手性液晶具有铁电性能。
此后，国内外学者对于含有手性基团的小分子液晶化合物的研究兴趣日益活跃起来，目前已经合成了许多具有胆甾相(Ch)或手性近晶c相(Sc*)的液晶化合物，并对它们的性能及应用进行了深入研究。
而对手性液晶高分子及手性液晶弹性体的研究就是在此背景下开始的具有优良的电学及光学特性的小分子手性液晶化合物经过高分子化后，将为手性液晶材料开创一个更广阔的应用空间。
2 液晶的结构研究发现液晶类物质具有其特有的分子结构。
一般认为要呈现液晶相，该化合物的分子结构必须满足下述要求：(1) 从几何形状来看，液晶分子应具有明显的各向相异性。
液晶分子的几何形状应是各向相异的，分子的长径比(L/D)必须大于4。
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在 F lory的棒状高分子 无规链状高分子溶液相图理 论 [ 3] 基础之上, 其形态见图 1[ 4] 。
K ey w ord s L iquid crysta l po lym er, M olecu lar com posite, In-S itu com posite, In-Situ polym erization
1 引言 20世纪 70年代末, T akayanag i[ 1] 和 H elm iniak[ 2]
Abstract The developm ent h istory of liqu id crysta l po lym er and m o lecu lar com posites is retrospected. Tw o kinds of liquid crystal polym er m olecu lar com posites, both therm otrop ic and lyotrop ic, and their comm on processing m ethods are introduced. Re in forcing m echan ism and interfacial consistence of in- suti com posites and the factors a-f fect ing fiber form ation of liqu id crysta l po lym er are briefly expla ined. A t las,t key prob lem s that influence deep deve lopm ent of liquid crysta l po lym er m olecu lar com posites are a lso rev iew ed.
T akayanag i[ 9] 等人最 先用棒状刚 性的 PPTA 作 增强剂, 以 PA6 为基体复 合制成 PPTA /PA 分子复 合材料, 并研究了 PPTA 的增强效果。用 SEM 观察 了 PPTA /PA6 ( 5% / 95% 质量分 数 ) 试 样的断 口形 态, 看到 PPTA 纤维束均匀分布在 PA6基体中, 纤维 束直径为 15~ 30 nm, 且随 PPTA 分子量的增大而增 大。用 DSC 及大角度 X 射线衍射等手段进行表征, 结果表明 PPTA 纤维对基 体起到了 诱导结 晶的作 用。
原位复合材料的增容技术可分为如下几种: ( 1) 引入具有增容作用的功能化聚合物; ( 2) 引入离聚物作为增容剂改善界面粘结问题; ( 3) 在分散相液晶分子链上引入和 TP 基体相同或 相似的结构单元。
5 液晶聚合物分子复合材料的制备 可根据不同用途 制备成各种形 状, 如 纤维、薄
膜、块状等的分子复合材料, 常用的制备方法有以下 几种 [ 5] 。
原位聚合是可使刚性分子链均匀分散的一种分 子复合的新途径, 如图 4 所示。在挠曲性聚合物 ( 或单体 ) 中溶解刚直棒状聚合物分子单体, 然后就 地聚合, 生成的刚棒聚合物分子均匀地分散在高分 子基体中而形成原位分子复合材料, 这种方法称为 原位聚合法。将可形成刚性高分子链的单体溶解于 基材聚合物 (或单体 ) 中, 在一定条件下就地聚合而 对基体起到增强的作用, 从而达到两种高分子的分 子水平的接触。W iff[ 20] 等采用 此法使刚性链 高分 子聚甲亚胺 ( PAM )在基体的单体中聚合, 聚合物单 体 ( PA - 6) 同时原位聚合从而达到分子复合。
2
图 3 PPTA /PA 6的复合模式 F ig. 3 Com pos ition o f PPTA /PA 6
2. 2 热致型 [ 13] 热致型液晶聚合物 ( TLCP ) , 通常为完全芳香族
聚酯, 有较高的链刚度和柔性, 可以熔融。热致液晶 聚合物与基体混合熔融时会在基体内部形成纤维, 因此增强纤维可以在复合材料制备过程中形成, 而 且可以在基体内很好的分散, 起到自增强作用, 这种 材料也叫原位复合材料 [ 14 ] 。液晶 聚合物有三个显
关键词 液晶聚合物, 分子复合材料, 原位复合材料, 原位聚合
Advance in L iquid Crystal Polym erM o lecular Com posites Research
Yuan H a igen Zeng Jinfang Yang J ie
( X i an A erospace Composite M ater ia l Institu te, X i an 710025)
果影响很大。TLCP 分子链的刚性越大, 其取向成纤 性越好, 增强效果越好。对同一种 TLCP, 分子量越 大, 则成纤性越好, 增强效果越好。在其他条件相同 时, TLCP 含量越小 ( 5% 质量分数 ) , 形成的纤维 越细, 增强效果越好 。 [ 17] 4 液晶聚合物原位复合材料的界面相容性 [ 15]
图 1 纤维复合材料与分子复合材料的结构示 意 F ig. 1 Structure com passion of fiber com posite and mo lecu la r composite
收稿日期: 2005- 04- 18; 修回日期: 2005- 05- 26 作者简介: 袁海根, 1981年出生, 硕士, 主要研究液晶聚合物复合材料
分子复合材料具有无与伦比的优异性能, 具体表 现在: ( 1)增强剂与树脂基是分子水平的复合, 增大了 他们之间的界面, 减小了应力集中, 消除了增强剂与 树脂基界面的粘接问题; ( 2)消除了增强剂与树脂基
线膨胀系数不匹配的问题, 能充分发挥刚性高分子增 强剂分子内在的力学性能及高温稳定性等; ( 3) 不需 要预制成型, 能适应多种成型加工方法, 可重复熔融 和制样, 比传统复合材料更经济, 具有更高的附加值; ( 4) 能够充分发挥材料的协同效应。少量增强剂就可 以实现大量宏观纤维的增强效果 [ 5] 。
宇航材料工艺 2006年 增刊Ⅰ
涂覆在玻璃板上的 PPTA 薄层溶液用丙酮浸渍 后用超声波辐射, 从丙酮的悬浮液中得到直径为几 十纳米的微纤, 然后用聚氯乙烯 ( PVC ) 的四氢呋喃 溶液置换 丙酮, 采用 溶液浇 注的方 法制 得 PPTA / PVC薄膜。当薄膜的微纤形成缠结时, 断裂表面的 扫描电镜照片有许多大孔隙形成, 说明微纤呈均匀 分散状态。 5. 3 原位聚合法
宇航材料工艺 2006年 增刊Ⅰ
1
2 液晶聚合物分子复合材料种类 2. 1 溶致型 [ 6~ 7]
增强刚直聚合物主要是以 PPTA ( 聚对苯二甲 酰对苯二胺 ) 、PPBT ( 聚对苯二甲基苯并噻唑 ) 等溶 致型液晶聚合物 为中心, 采用共溶剂沉淀 法、悬浮 法、共聚合法和溶液共混法等湿法工艺来制造复合 材料。他们发现添加 百分之几的溶 致型液晶聚合 物, 就可以大大提高树脂基体的强度和模量 [ 8 ] 。高 柳 [ 8] 研究过 PPTA 与 PA ( 聚酰胺 ) 、A BS (丙烯腈 /丁 二烯 /苯乙烯 )、P I( 聚酰 亚 胺 ) 、PA I ( 聚 芳 酰胺 ) 、 PAA( 聚丙烯酸 )及离子聚合物等的复合材料。图 2 表明, ABS /PPTA 分子复合材料的拉伸强度有明显 提高, 这是因为 PPTA 与 PBD ( 聚丁二烯 ) 接枝共聚 改性后, 改善了与 ABS的相容性。他用 5% 的 PPTA 与 PA6溶液共混得到的分子复 合材料, PPTA 纤维 直径为 15~ 30 nm、长约 600 nm, 大大提高了 PA6的 强度、模量和耐热性。
液晶聚合物在熔融加工过程中, 刚性棒状分子 容易沿受力方向取向形成足够长径比的微纤, 这些 微纤的直径小、比 表面积大, 可均匀地包络 在基体 中, 形成增强骨架, 类似于玻璃钢中的玻璃纤维, 起 承受应力和分散应力的作用。宏观纤维与树脂基体 混合不均匀, 而且相容性差、易分层、存在界面缺陷, 而原位复合对基体的增强效果大大优于宏观纤维。 另一方面, 微纤可以是结晶聚合物的成核剂, 诱发基 体聚合物在微纤表面成核、生长、最后形成横穿晶, 有利于界面应力的分散、传递, 还可提高共混体系的 整体强度。
著特点: ( 1) 形成的微纤化表面和长径比比普通增 强纤维的高; ( 2) 可以降低共混物熔体的黏度, 改进 热塑性塑料的流动性和成型加工性; ( 3) 节约成型 加工能耗, 降低成本。
原位复合材料的研究近年来主要集中在对原位 复合材料综合性能的提高, 充分发挥增强热致液晶 聚合物组分的优越性等方面 [ 15 ] 。 3 液晶聚合物原位复合材料的增强机理 [ 16]
他提出 了 PPTA /PA6 的 复 合 模式, 如图 3 所 示 。 [ 10~ 12 ]
图 2 PPTA 分子复合材料的应力 应变曲线 ( 25 , PPTA 分子量 4 900)
F ig. 2 Stress- stra in curves of PPTA m o lecular com pos ite ① A BS /PPTA ( 2. 5% 质量分数 PPTA ) ; ② A BS /PPTA - b- PBD ( 2. 5% 质量分数 PPTA ) ; ③ A BS。
图 4 原位聚合的概念示意图 F ig. 4 Ske tch of in- situ polym er ization
不同的 TP基体, 界面的相容性差别很大, 大部 分是不相容或弱相容的, 这对提高原位复合材料的 力学性能是不利的。在许多复合体系中, 未经界面 处理的原位复合材料, 尽管在加工过程中, 共混物中 TLCP组分易在原位形成较好的微纤结构, 但增强效 果并不令人满意, 主要原因就是基体树脂与增强相 TLCP之间的相容性达不到要求。