第九章液晶高分子

概述 液晶的分子结构


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高分子液晶材料的表征方法
合成 应用
9.1 概述
液态晶体
Liquid Crystal
加热 冷却 加热 冷却
固体结晶
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液晶
液体
1. 发展概况 早在 1850 年 就有人发现液晶。 1877 年德国物理学家 Lehmann 运 用偏极化的显微镜首次观测到液晶化的 现象，但对这一现象的成因并不了解。
1950年代Flory曾预言会有高分子液晶， 但当时并没有引起人们的注意，直到 1960 年代后期，液晶的研究才扩展到高 分子领域。
1972 年： Kevlar、Kevlar49 工业化，开 辟高分子液晶研究和应用的新时期。（梦 幻纤维）
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发展概况
1984年美国Dact公司开发的Xydar被公布 于世，并工业化。 目前得到广泛应用的液晶高分子，仅有 Kevlar和Xydar等少数品种，属高技术产品 ，用于飞机、导弹结构材料，轮胎帘子线、 船壳、军事构件、防弹服、电器、汽车、医 疗设备等。 国内紧跟国外技术，发展较快
Tm＝116℃ 低
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Tc＝134 ℃为清亮点 高 T
（2） 分类
（a） 按照形成条件分

热致型液晶 溶致型液晶

其他型液晶
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热致型液晶
三维各向异性的晶体在加热熔融过程中不 完全失去晶体的特征，保持一定有序性。 随温度变化出现固体、各向异性的液晶态、 各向同性的液体，Tm、Tc。单一组分，在 一定温度范围内出现 多数液晶属于热致型液晶
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发展概况
此后一直有人从事这方面的研究，到30年 代人们对液晶现象曾进行了广泛地研究， 取得许多成果，但由于当时的生产力水平 低，未能得到应用。后来由于液晶在两次 世界大战中帮助不大，发展缓慢。 1960 年代中期：小分子液晶开始用于电 子工业、航空、激光、微波、超声波、全 息照相、核磁共振、气液色谱。
N N O
O CH3
4，4 一 二甲氧基氧化偶氮苯 其分子的长宽比≈2.6，长厚比≈5.2 分子上的两个极性端基之间的相互作 用，有利于形成似线性结构： 有利于液晶结构有序态的稳定。
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晶体
固态
刚性
浑浊液体， 流动性与水 相近，光学 双折射
透明液 体，各 向同性
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H H H
胆甾醇
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小分子液晶特性---光电效应
当电流通过液 晶层，液晶分子将 会按电流的流向方 向进行排列，无电 流时，将会彼此平 行排列。
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将液晶倒入带有细小沟槽的外层，内层 与外层的液晶分子都会顺着槽排列。 液晶层能够使光线发生扭转。类似偏光 器，意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方 向射入之外的所有光线。如果液晶层发生了 扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从 另外一个面中射出。

其他型液晶
在外场（压力、电场等）作用下 进入液晶态。如：HPPE在3000 大气压下可形成高强纤维，称为 压致液晶。
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（b） 按照液晶分子的形态分

近晶型液晶 向列型液晶
胆甾型液晶
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近晶型
接近结晶结构
液晶中棒状分子依靠所含官能团提 供的垂直于分子长轴方向的强有力的 相互作用，互相平行排列成层状结构 分子的长轴垂直于层片平面，在层 内，分子排列保持着大量二维固体有 序性
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发展概况
1967年 R. Williams发表了液晶的电光效 应后，液晶受到广泛重视，大大扩展其应 用范围。
1970 年代日本 SONY 与 Sharp 两家公司 对液晶显示技术全面开发与应用，让液晶 显示器成功融入现代电子产品中。
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层片不是严格刚性的，分子可以在 本层内活动，不能来往于各层之间。

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这些柔性的二维分子薄片 之间可以互相滑动，而垂直 于层片方向的流动则要困难 的多，这种结构决定了粘度 呈现各向异性。是二维有序。

近晶型
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向列型
棒状分子虽然也平行排 列，但长短不一，不分层 次，只有一维有序性 在外力作用下发生流动 时，棒状分子易沿流动方 向取向，并可流动取向中 互相穿越。
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2. 液晶的结构与分类
（1） 结构：结构决定性质 刚性的分子结构 分子间作用力 特定的分子形状，其分子的长 度和宽度比：R=L / D 远大于 1 为棒状或片状。
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CH3 O
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溶致型液晶
加入溶剂，在溶解过程中达到一定浓度时 形成有序排列，产生各向异性特征构成液 晶。由符合要求的化合物和溶剂组成。
两亲性分子与极性溶剂：脂肪酸盐、表面 活性剂及类脂（侧链液晶） 非两亲性刚棒状分子：多肽、核酸、病 毒；聚对苯二甲酰对苯二胺（主链液晶）
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源自文库


胆甾型
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，在旋转3600后复原。 两个取向相同的分子层之间的距 离称为胆甾型液晶的螺距。
由于扭转的分子层的作用，反射的白光发生色 散，透射光发生偏振旋转，使液晶具有彩虹般 的颜色和极高的旋光本领等独特的光学性质。
液晶显示装置已成为传递信息的压倒 一切的工具，每个人在生活中都与这 样或者那样的液晶装置打交道，手表 、袖珍计算器、音响设备、汽车上的 车速表或钟表，很可能家中的电器都 带有液晶显示。
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什么是液晶？它有何性质？
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主要内容