高分子材料研究方法课程论文-

红外光谱在液晶聚合物材料中的应用

摘要红外光谱在液晶聚合物的研究中非常重要，因为其对分子结构的高分辨本领和实时跟踪能力十分强大。而且近年来偏振二项色技术、时间分辨步扫描技术等技术的发展，进一步提高了红外光谱的分辨率，对于液晶聚合物的分子结构、相转变、基团取向等机理的研究有了更为深刻的理解。本文介绍了红外光谱对液晶聚合物材料的几项研究进展，特别是对于液晶聚合物的相转变行为、液晶取向和各红外光谱做了简要介绍

关键词红外光谱液晶液晶取向相转变

一、背景介绍

1、红外光谱简介

红外光谱 (Infrared Spectroscopy, IR)的研究开始于 20 世纪初期，自 1940 年商品红外光谱仪问世以来，红外光谱在有机化学研究中得到广泛的应用。20 世纪初Coblentz 已发表了 100 多种有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到 70 年代，在电子计算机蓬勃发展的基础上，傅立叶变换红外光谱 (FTIR) 实验技术进入现代化学家的实验室，成为结构分析的重要工具。它以高灵敏度、高分辨率、快速扫描、联机操作和高度计算机化的全新面貌使经典的红外光谱技术再获新生。

2、基本原理

当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。

3、液晶聚合物简介

所谓液晶指的是这样一类物质,它在受热熔融或溶剂溶解后,虽然失去固态物质

的刚性,获得液态物质的流动性,但仍然部分保持着晶态物质分子的有序排列,从而在

物理性质上呈现各向异性,形成一种兼有晶体和液体部分性质的过渡态,称为液晶态[2] 。它是一种新型的高分子材料，是在一定条件下以液晶相态存在的高聚物。与

其他聚合物相比，它拥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，它又有高分子量的特性，这导致这类材料具有优异各向异性以及良好的的耐热性能

和成型加工性能。

液晶又可分为溶致液晶聚合物和热致液晶聚合物。前者在溶剂中呈液晶态，后

者因温度变化而呈液晶态。热致液晶聚合物是继溶致液晶聚合物之后兴起的，其综

合性能优异，而且能够进行注塑、挤出成型加工。液晶聚合物分子的分之主链刚硬，分子之间堆砌紧密，且在成型过程中高度取向，所以具有线膨胀系数小，成型收缩

率低和非常突出的强度和弹性模量以及优良的耐热性，具有较高的负荷变形温度，

有些可高达340℃以上。LCP还具有耐化学药品和气密性优良，此外，有些液晶聚

合物具有某些特殊的功能，如光导液晶聚合物、功能性液晶高分子分离膜及生物性

液晶高分子等。一般热致性液晶聚合物具有较好派的流动性，易加工成型。其成型

产品具有液晶聚合物特有的皮芯结构，树脂本身具有纤维性质，在熔融状态下有高

度的取向，故可起到纤维增强的效果。这也是液晶聚合物最引人注目的特点。在这

一方面的研究，我国还处于刚刚起步的阶段，很少有资料文献报道这方面的内容，

目前仅有日本、美国、英国等少数几个国家在批量生产。

二、红外光谱在液晶聚合物中的应用

1、IR用于研究液晶聚合物的相转变行为

IR是研究液晶聚合物相转变行为的重要表征方法。液晶聚合物的相转变是内部

液晶基元取向改变的结果，因而对于相转变行为的研究常需要从基本的结构单元入手。IR恰好提供了研究基本结构单元基团振动的手段，因而近年来将IR引入液晶

聚合物相转变的研究越来越引起研究人员的关注。

2、液晶聚合物用于研究光场作用下液晶聚合物的取向过程

在光场作用下发生分子取向的通常为光致变色的液晶高分子，最为典型的是Wendorff于1987年首先提出用作光学信息存储材料的侧链含有偶氮苯基团的液晶高分子。当线性偏振光照射这类液晶高分子时，侧链上的偶氮苯基团发生反式-顺式异构化；当温度升高后，又发生顺式-反式异构化；经过反式-顺式-反式的循环后，偶氮苯与偏振光的电矢量垂直，而临近的液晶基元通过与偶氮苯基团的偶合作用也发生了取向，在液晶清亮点温度下该取向非常稳定，从而完成了信息的存储过程。

Wu等通过偏振IR研究了光照下该类偶氮苯基团的取向过程，所研究分子结构如图1所示。

H3C

CH3O

O

O

O

x y CH2

CH2

O

O

CH3

CH

N

C2H6

N

图1 含偶氮苯基团的高分子液晶结构

总的来说，近年来红外光谱技术对液晶聚合物的研究取得了较为深入的发展，目前仍然为光谱分析研究中较为活跃的课题之一。特别是对于新型的液晶单体和聚合物的合成，对其液晶性能及光学性能的研究，起到了重要的作用。相信将来会有更多的研究人员加入到这一研究领域中来。

参考文献

金日光，华幼卿高分子物理北京 2006.11 化学工业出版社

杨睿，周啸，罗传秋，汪昆华聚合物近代仪器分析.北京：清华大学出版社，2010，25

孙胜童，汤慧，武培怡. 液晶聚合物材料的红外光谱表征[J]. 化学进展，2009,21（1）：197~198

课后感想

近代仪器分析课程结束了，虽然仅仅只有短短数周，并没有高分子化学和高分子物理课程学习的时间长，但是近代仪器分析这门课缺是高分子专业中非常重要的一门课程。无论是在以后的考研学习还是工作生活中都能时常遇到。经过了数周的学习，我对紫外、红外、荧光等各种光谱和各种热分析还有DSC等色谱分析和热分析都有了一定的了解，这对我以后的学习工作坑定会有很大的帮助。

在这门课的学习中，谱图解析是最重要的一环，也是必须学会的一环，只有学会了谱图解析，才能真正将仪器分析熟练运用到各个方面。经过张老师深入浅出的讲解和各个实验老师的演示操作，我对仪器分析已经有了一个初步的认知，接下来就是不断自我充实，增加认知熟练经验的过程了。这是张老师教我们的第二门课程，像高分子化学一样，近代仪器分析这门课程对我们同样十分重要，接下来我们就要努力复习面对考试了。对于这门课程我感到收获很多，重要的是学到了很多，不仅是知识，还有人生道理。希望老师能将上课方式保持下去，通过多种考察方法让学生对磕碜个时刻保持紧张感，不能放松，提起学生的学习动力，这毕竟是对学生的好处。

最后，大学快过完了，张老师教给我们的课程也结束了，估计下次可能见面也是在毕业设计上了。希望老师保重身体，将您的教学方法继续传承发扬下去。