高分子的液晶态结构汇总.
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
液晶态结构
晶态、液态、气态
物 质 的 存 在 形 式
等离子态(plasmas) 非晶固态(amorphous solids)
超导态(superconductors)
中子态(neutron )
液晶态(liquid crystals)
液晶态被称为物质的第四态或中介态，它介于液态和晶态 之间，是自发有序但仍能流动的状态，又称为“有序流体”。
液晶的取向
晶态
液晶态
液态
晶态、液晶态与液态分子的排列示意图
液晶的起源
88年，奥地利植物学家 Reinitzer首先发现苯甲酸胆甾醇酯 于 146.6℃熔融后先成为乳白色液体，到 180.6℃才突然变清亮。 这种乳白色液体是因为液晶态存在光学各向异性引起的，是形 成液晶态的一个重要证据。最早发现的高分子液晶是合成多肽 聚 L-谷氨酸 -γ- 苄酯（简称PBLG ），它的氯仿溶液自发产生具 有双折射性质的液晶相。
液晶的应用
溶致性液晶聚芳酰胺是最早实现工业化生产的 液晶材料，它主要通过液晶纺丝制成纤维，与普通 合成纤维的纺丝相比，液晶纺丝具有以下特点：
① 液晶溶液在高浓度下仍有低粘度，从而可以在相 当高的浓度下纺丝，纺丝效率大为提高。 ② 纤维不必拉伸就具有高强度和高模量。由于在外 力作用下液晶分子在流动时可进行自发有序排列， 分子链间缠结少，纤维不必经牵伸就能高度取向， 从而减少了牵伸对纤维的损伤。液晶高分子在纤维 中几乎完全成为伸直链结构，使纤维具有高强度和 高模量。
液晶的应用
研 究 和 开 发 液 晶 高 分 子
1. 提供新的高性能材料 2.促进分子工程学、合成化 学、高分子物理学、高分 子加工学以及高分子应用 技术的发展 3.有助于对生命现象的理解 4.新医药材料和医疗技术的 发现
目的
液晶的应用
液 晶 高 分 子 的 应 用
结构材料
功能材料
电子、机械、军事、航 空航天 光电显示、记录、储存、 调制和膜分离材料 在生命科学，蛋白质、 核酸、病毒、细胞
液晶的分类
另一方面，大多数液晶高分子（无论哪种类型）在受到 剪切力作用时，会形成一种所谓“条带织构”的黑白相间 的规则图案，条带方向与剪切方向垂直。这是由于分子链 被取向后再停止剪切时回缩形成的一种波浪形或锯齿形结 构，它们在偏光显微镜下发生规则的消光而引起的。因而 出现条带织构也往往作为高分子形成液晶的证据。
液晶的分类
（a）近晶相(smectic)液晶
近晶相液晶是由棒状或条状的分子组成，分子排列
成层，层内分子长轴相互平行或接近于平行，其方向可 以垂直于层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于分 子的长度。
液晶的分类
（b）向列型(nematic)液晶
向列相液晶的分子呈棒状，分子 的长径比大于 4，分子质心没有长程有 序性，其长轴互相平行，但不排列成 层。向列相液晶分子的排列和运动比
• 近晶型（smectic，简称S相） • 向列型（nematic，简称N相） • 胆甾型（cholesteric，简称Ch相）
胆甾型液晶和近晶型液晶均为二维有序。因而一般情况 下，加热时有序程度减少。相变序为：结晶 → 近晶型→ 向 列型→各向同性液体，或结晶→ 近晶型→ 胆甾型→ 各向同 性液体。
较自由，对外力相当敏感，是目前液
晶显示器的主要材料。
液晶的分类
（c）胆甾相(cholesteric)液晶
胆甾相液晶分子呈扁平状且排列成层，层内分子相互平行。 相邻两层分子，其长轴彼此有一轻微的扭角，多层分子的排列方向 逐渐扭转成螺旋线，形成一个沿层的法线方向排列成螺旋状结构。
液晶的分类
三类液晶在偏光显微镜下会出现特征的图案，称为织 构。向列型液晶的典型织构是纹影织构(四黑刷或两黑刷)， 近晶型液晶是扇形织构，胆甾型液晶是指纹状织构。织构 是由于分子的连续取向出现缺陷（称为向错）引起的。
液晶的分类
2.按生成方式分类 液晶分成热致性液晶和溶致性液晶。 前者在一定的温度范围内形成液晶，在升 温过程中相变过程为：结晶固体 液晶 态 各向同性熔体。后者则是溶于溶剂 并高于一定浓度和低于一定温度时形成液 晶，在纯物质中不形成。形成溶致性液晶 的最低浓度称为临界浓度。
液晶的分类
3.按分子结构分类 只有刚性或半刚性 分子链才能形成液晶。 刚性或半刚性分子链可 以看成由棒状的基本结 构单元（即液晶基元） 单独或与柔性单元共同 组成。因而按液晶基元 在分子链中的位置，高 分子液晶又可分为主链 型和侧链型两种。
液晶的形成的条件
（1）分子具有不对称的几何形状。如棒状、平板状或盘状。
（2）分子要有一定的刚性。如含有多重键、芳香环等刚性基团。
（3）分子之间要有适当大小的作用力来维持分 子的有序排列，
即液晶分子要含有极性或易极化的基团。
液晶分子的结构
侧链型
主链型
复合型
液晶的分类
1.按液晶内部的有序状况分类
生命科学
液晶的应用
1. 光学记录、贮存和显示材料
液晶显示器、液晶钟表等。
2. 高强度高模量材料
聚对苯二甲酰对苯二胺（PPDT），商品名kevlar
晶态、液态、气态
物 质 的 存 在 形 式
等离子态(plasmas) 非晶固态(amorphous solids)
超导态(superconductors)
中子态(neutron )
液晶态(liquid crystals)
液晶态被称为物质的第四态或中介态，它介于液态和晶态 之间，是自发有序但仍能流动的状态，又称为“有序流体”。
液晶的取向
晶态
液晶态
液态
晶态、液晶态与液态分子的排列示意图
液晶的起源
88年，奥地利植物学家 Reinitzer首先发现苯甲酸胆甾醇酯 于 146.6℃熔融后先成为乳白色液体，到 180.6℃才突然变清亮。 这种乳白色液体是因为液晶态存在光学各向异性引起的，是形 成液晶态的一个重要证据。最早发现的高分子液晶是合成多肽 聚 L-谷氨酸 -γ- 苄酯（简称PBLG ），它的氯仿溶液自发产生具 有双折射性质的液晶相。
液晶的应用
溶致性液晶聚芳酰胺是最早实现工业化生产的 液晶材料，它主要通过液晶纺丝制成纤维，与普通 合成纤维的纺丝相比，液晶纺丝具有以下特点：
① 液晶溶液在高浓度下仍有低粘度，从而可以在相 当高的浓度下纺丝，纺丝效率大为提高。 ② 纤维不必拉伸就具有高强度和高模量。由于在外 力作用下液晶分子在流动时可进行自发有序排列， 分子链间缠结少，纤维不必经牵伸就能高度取向， 从而减少了牵伸对纤维的损伤。液晶高分子在纤维 中几乎完全成为伸直链结构，使纤维具有高强度和 高模量。
液晶的应用
研 究 和 开 发 液 晶 高 分 子
1. 提供新的高性能材料 2.促进分子工程学、合成化 学、高分子物理学、高分 子加工学以及高分子应用 技术的发展 3.有助于对生命现象的理解 4.新医药材料和医疗技术的 发现
目的
液晶的应用
液 晶 高 分 子 的 应 用
结构材料
功能材料
电子、机械、军事、航 空航天 光电显示、记录、储存、 调制和膜分离材料 在生命科学，蛋白质、 核酸、病毒、细胞
液晶的分类
另一方面，大多数液晶高分子（无论哪种类型）在受到 剪切力作用时，会形成一种所谓“条带织构”的黑白相间 的规则图案，条带方向与剪切方向垂直。这是由于分子链 被取向后再停止剪切时回缩形成的一种波浪形或锯齿形结 构，它们在偏光显微镜下发生规则的消光而引起的。因而 出现条带织构也往往作为高分子形成液晶的证据。
液晶的分类
（a）近晶相(smectic)液晶
近晶相液晶是由棒状或条状的分子组成，分子排列
成层，层内分子长轴相互平行或接近于平行，其方向可 以垂直于层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于分 子的长度。
液晶的分类
（b）向列型(nematic)液晶
向列相液晶的分子呈棒状，分子 的长径比大于 4，分子质心没有长程有 序性，其长轴互相平行，但不排列成 层。向列相液晶分子的排列和运动比
• 近晶型（smectic，简称S相） • 向列型（nematic，简称N相） • 胆甾型（cholesteric，简称Ch相）
胆甾型液晶和近晶型液晶均为二维有序。因而一般情况 下，加热时有序程度减少。相变序为：结晶 → 近晶型→ 向 列型→各向同性液体，或结晶→ 近晶型→ 胆甾型→ 各向同 性液体。
较自由，对外力相当敏感，是目前液
晶显示器的主要材料。
液晶的分类
（c）胆甾相(cholesteric)液晶
胆甾相液晶分子呈扁平状且排列成层，层内分子相互平行。 相邻两层分子，其长轴彼此有一轻微的扭角，多层分子的排列方向 逐渐扭转成螺旋线，形成一个沿层的法线方向排列成螺旋状结构。
液晶的分类
三类液晶在偏光显微镜下会出现特征的图案，称为织 构。向列型液晶的典型织构是纹影织构(四黑刷或两黑刷)， 近晶型液晶是扇形织构，胆甾型液晶是指纹状织构。织构 是由于分子的连续取向出现缺陷（称为向错）引起的。
液晶的分类
2.按生成方式分类 液晶分成热致性液晶和溶致性液晶。 前者在一定的温度范围内形成液晶，在升 温过程中相变过程为：结晶固体 液晶 态 各向同性熔体。后者则是溶于溶剂 并高于一定浓度和低于一定温度时形成液 晶，在纯物质中不形成。形成溶致性液晶 的最低浓度称为临界浓度。
液晶的分类
3.按分子结构分类 只有刚性或半刚性 分子链才能形成液晶。 刚性或半刚性分子链可 以看成由棒状的基本结 构单元（即液晶基元） 单独或与柔性单元共同 组成。因而按液晶基元 在分子链中的位置，高 分子液晶又可分为主链 型和侧链型两种。
液晶的形成的条件
（1）分子具有不对称的几何形状。如棒状、平板状或盘状。
（2）分子要有一定的刚性。如含有多重键、芳香环等刚性基团。
（3）分子之间要有适当大小的作用力来维持分 子的有序排列，
即液晶分子要含有极性或易极化的基团。
液晶分子的结构
侧链型
主链型
复合型
液晶的分类
1.按液晶内部的有序状况分类
生命科学
液晶的应用
1. 光学记录、贮存和显示材料
液晶显示器、液晶钟表等。
2. 高强度高模量材料
聚对苯二甲酰对苯二胺（PPDT），商品名kevlar