高聚物的液晶态结构

高聚物的液晶态结构
发现历史
1950年A.埃利奥特和E.J.安布罗斯发现了聚L-谷氨酸γ苄酯的氯仿溶液的双折射现象，从而开创了高聚物液晶领域的科学研究。

高聚物形成液晶态的重要条件是高分子链的刚性。

在能够形成液晶的刚性或半刚性链高聚物中，有的是溶于溶剂中在其浓度达到某一临界值时才呈现出液晶行为者,称溶致性液晶,这类高聚物有聚肽和芳香族聚酰胺等；有的是加热熔化后形成液晶的，称热致性液晶，这类高聚物有芳香族聚酯等。

根据有序微区中分子链排列的不同，高聚物液晶又有三种可能的中介相：①向列相，刚性分子链之间的取向排列倾向平行于一个共同的纤维轴,而分子链的质量中心是无序的,在正交偏振片下呈现出线状的图形。

芳香族聚酰胺是溶致性向列相液晶。

而芳香族聚酯为热致性向列相液晶。

②胆甾相，刚性分子链分层排列，在每层中分子链互相平行排列成向列相，而相邻的层中分子链的取向方向依次扭转了一定角度而形成了螺旋形结构，并具有一定的螺距，在正交偏振片下呈现出指纹状的图形。

聚肽类高聚物和脱氧核糖核酸等生物高分子为溶致性胆甾相液晶。

③近晶相，刚性分子链整齐地排列成分层叠合的层状结构，形成近似于晶体的有序结构。

许多具有能形成液晶的侧链聚丙烯酸酯和聚硅氧烷类的高聚物为热致性
近晶相液晶。

这些不同的中介相结构在外界条件（温度、电场、磁场等）的影响下可以发生转变。

如在电场和磁场作用下，胆甾相液晶可以转变为向列相，而在向列相液晶中加入旋光性物质时则可呈现出胆甾相特性。

60年代末，人们利用向列相高聚物液晶态的结构特性进行纺丝，制取了超高模量、高强度的高聚物纤维。

一、高分子液晶的分子结构
（1）、分子链必须是相当刚性或者是半刚性的，在溶液中分子链近乎呈棒状；
（2）、分子链大多有苯环，而且要是对位相连，同时分子中要含有极性基团具有可极化性，以形成永久偶极；
（3）、对于形成胆甾型的液晶，除了上述两点外，还必须具有光学活性因素。

二、高分子液晶的结构类型
高分子液晶态按其液晶原所处的位置不同，可以分为两大类：一类是主链由液晶原和柔性的链节相间组成，称为主链液晶；另一类分子主链是柔性的，刚性的液晶原连接在侧链上，称为侧链液晶。

根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有三种不同的结构类型：
1、近晶型(Semectic)
这种液晶的结构中，分子链呈棒状，分子链之间以层片状排列，这些层片不是严格刚性的，而是形成柔性的二维分子的薄片，分子只能在本层内活动，而不能来往于各层之间。

这种结构决定了其粘度呈现各向异性的可能性。

、向列型（Nematic）
2、分子链呈棒状互相平行排列，但它们的重心排列则是无序的，只保持着固体的一维有序性，分子在长轴方向发生连续变化。

在外力作用下，这些棒状分子容易沿流动方向取向，并可在流动取向中互相穿越，具有相当大的流动性。

3、胆甾型（Cholesteric）
胆甾型液晶的分子是依靠端基的相互作用彼此平行排列成层状结构，但它们的长轴是在层片平面上的。

层内分子的排列与向列型相似，而相邻两层之间，分子长轴的取向，由于伸出层片外的光学活性基团的作用，依次规则地扭转一定的角度，层层累加成螺旋结构。

分子的长轴方向在旋转360o角之后复原。

这类的高分子液晶如：
—(NH—CH—C—O—)n
| ‖
R O
聚— —苄酯—L—谷氨酸的甲酚溶液。