高分子液晶材料概念、表征方法与应用

另外，高分子链上或者致晶单元上带有不同结构和性质 的基团，都会对高分子液晶的偶极矩、电、光、磁等性质 产生影响。
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刚性连接单元
致晶单元中的刚性连接单元的结构和性质直接 影响液晶的稳定性。
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液晶的发现
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分类
按分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种结 构类型：近晶型、向列型和胆甾型。
近晶型
向列型
胆甾型
此外，液晶高分子中还有少数分子的形状呈盘状，
这些液晶相态归属于盘状液晶
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近晶型液晶
胆甾型
由于扭转分子层的作用，照射在其上的光将发生偏
振旋转，使得胆甾型高分液子液晶晶材通料概常念、具表征有方法彩和应虹用 般的漂亮颜色
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按形成条件分
热致性液晶
依靠温度的变化，在某一温度范围形成 的液晶态物质
溶致性液晶
依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围 形成的液晶态物质
高分子液晶的分子结构特征
液晶是某些物质在从固态向液态转换时形成的 一种具有特殊性质的中间相态或过渡相态。显然过 渡态的形成与分子结构有着内在联系。分子结构在 液晶的形成过程中起着主要作用，决定着液晶的相 结构和物理化学性质。
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液晶的分子结构
研究表明，能够形成液晶的物质通常在分子结 构中具有刚性部分，称为致晶单元。从外形上看， 致晶单元通常呈现近似棒状或片状的形态，这样有 利于分子的有序堆砌。这是液晶分子在液态下维持 某种有序排列所必须的结构因素。在高分子液晶中 这些致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。
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液晶态相关概念
高分子液晶分类
高分子液晶结构及性能
高分子液晶材料表征方法 高分子液晶的应用
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什么是液晶（LC)？
某些物质受热熔融或被溶剂溶解后，虽然它有液体的流 动性，但却保持着晶态物质分子的有序性，体现出晶体的各 向异性,形成一类兼有晶体和液体部分性质的过渡态， 这种中 间状态状称为液晶态。
内在因素为分子结构、分子组成和分子间力。 外部因素则主要包括环境温度、溶剂等。
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内部因素对高分子液晶形态与性能的影响
刚性部分
高分子液晶分子中必须含有具有刚性的 致晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中形 成结晶，而且在转变成液相时也有利于保持 晶体的有序度。
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向列型
一种浑浊的可 流动的状态
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胆甾型液晶
分子是长而扁平的。它们依靠端基 的作用，平行排列成层状结构，长轴与 层片平面平行。层内分子排列与向列型 类似，棒状分子分层平行排列，在每个 单层内分子排列与向列型相似，相邻两 层中分子长轴依次有规则地扭转一定角 度，分子长轴在旋转3600后复原。
分子构型和分子间力
分子构型和分子间力在热致性高分子液晶相 态和性能影响最大的因素。分子间力大和分子规 整度高虽然有利于液晶形成，但是相转变温度也 提高，使液晶形成温度提高，不利于液晶的加工 和使用。
溶致性高分子液晶不存在上述问题。
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致晶单元形状
致晶单元呈棒状时，有利于生成向列型或近晶型液晶； 致晶单元呈片状或盘状的，易形成胆甾醇型或盘型液晶。
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刚性体
聚合物 骨架
连接单元
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取代基
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主链型液晶高分子：致晶单元处在高分子主链上
侧链型液晶高分子：致晶单元位于高分子侧链上
主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶在液晶 形态上和物理化学性质有大差别：主链型高分子液 晶为高强度、高模量的结构材料，而侧链型高分子 液晶为具有特殊性能的功能高分子材料。
近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶 结构的一类，棒状分子互相平行排列成 层状结构。分子的长轴垂直于层状结构 平面。层内分子排列具有二维有序性。 但这些层状结构并不是严格刚性的，分 子可在本层内运动，但不能来往于各层 之间。层状结构之间可以相互滑移，而 垂直于层片方向的流动却很困难。
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液晶单元与高分子链的连接方式
液晶类型 主链型
结构形式
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名称
纵向型 垂直型 星型盘型 混合型
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侧链型
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梳型 多重梳型
盘梳型 腰接型 结合型
网型
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影响高分子液晶形态和性能的因素
影响高分子液晶形态与性能的因素包括外在 因素和内在因素两部分。
此外，在外场（如压力，流动场，电场，磁场和光场等）
作用下形成的液晶称为感应液晶，如压致液晶、流致液晶。
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高分子液晶与小分子液晶相比特殊性
① 热稳定性大幅度提高 ② 热致性高分子液晶有较大的相区间温度 ③ 粘度大，流动行为与一般小分子溶液显著不同
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致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等 通过柔性连接单元连接组成。
连接单元常见的化学结构包括亚氨基（－C＝ N－）、氧化偶氮基（－NO＝N－）、酯基（－ COO－）和乙烯基（－C＝C－）等。
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在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲 的取代基（R)，这个端基单元是各种极性的或非极 性的基团，对形成的液晶具有一定稳定作用，因此 也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的R 包括—R’、 —OR’、 —COOR’、 CN、 —OOCR’、 —COR’、 —CH=CH—COOR’、 —Cl、 —Br、 —NO2等。
近晶型
通常是一种浑 浊黏稠液体
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向列型液晶
在向列型液晶中，棒状分子只维持一 维有序。它们互相平行排列，但重心排列 则是无序的。在外力作用下，棒状分子容 易沿流动方向取向，并可在取向方向互相 穿越。因此，向列型液晶的宏观黏度一般 都比较小，是三种结构类型的液晶中流动 性最好的一种，大多液晶属于这种。