第五章--高分子液晶材料

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1、第五章第五章 高分子液晶材料高分子液晶材料第一节第一节 高分子液晶概述高分子液晶概述 1 1、液晶态、液晶态 液晶态是介于晶态和液态之间的一种热力学稳液晶态是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态；它既具有定的相态；它既具有晶态的各向异性晶态的各向异性，又具有，又具有液态液态的流动性的流动性。2 2、高分子液晶、高分子液晶 如果将如果将液晶分子液晶分子连接成大分子，或者将液晶分连接成大分子，或者将液晶分子连接到一个聚合物骨架上，并且仍设法保持其液子连接到一个聚合物骨架上，并且仍设法保持其液晶特征，我们称这类物质为晶特征，我们称这类物质为高分子液晶高分子液晶或者聚合物或者聚合物液晶。液晶。3

2、3、高分子液晶的特征、高分子液晶的特征、与小分子液晶相比：、与小分子液晶相比：l从结构上看，都具有同样的从结构上看，都具有同样的刚性分子结构刚性分子结构及与其及与其对应的对应的晶相结构晶相结构，不同点在于小分子单体液晶在，不同点在于小分子单体液晶在外力作用下可以自由旋转，而高分子液晶要受到外力作用下可以自由旋转，而高分子液晶要受到相连接的聚合物骨架的相连接的聚合物骨架的一定束缚一定束缚。 l从性质上，从性质上，具有许多单体液晶所不具备的性质具有许多单体液晶所不具备的性质，如如主链型主链型高分子液晶的超强机械性能，高分子液晶的超强机械性能，梳状梳状高分高分子液晶在电子和光电子器件方面的应用等。子

3、液晶在电子和光电子器件方面的应用等。、与常规高分子材料相比：、与常规高分子材料相比：l从结构上看，具有高度有序的从结构上看，具有高度有序的晶相结构晶相结构。l从性质上，具有许多常规高分子材料所不具备的从性质上，具有许多常规高分子材料所不具备的特殊性质特殊性质。如，非线性光学性质、机械和电学性。如，非线性光学性质、机械和电学性能的高各项异性等。能的高各项异性等。4 4、高分子液晶的发展、高分子液晶的发展 1923 1923年提出年提出“高分子液晶高分子液晶”的概念。的概念。 高分子液晶获得真正重视和发展是，在国际上高分子液晶获得真正重视和发展是，在国际上2020世纪世纪7070年代，在国内年代，

4、在国内2 20 0世纪世纪8080年代年代。一、高分子液晶的分类与命名一、高分子液晶的分类与命名 高分子液晶的分类方法主要有高分子液晶的分类方法主要有三种，三种，即：即： 根据液晶分子结构特征分类；根据液晶分子结构特征分类； 根据形成的液晶形态分类；根据形成的液晶形态分类； 根据高分子液晶的形成过程分类。根据高分子液晶的形成过程分类。1 1、根据聚合物液晶、根据聚合物液晶分子结构分子结构特征分类特征分类 液晶通常由液晶通常由刚性刚性( (多由多由芳香芳香和和脂肪型环状结构脂肪型环状结构构成构成) )和和柔性柔性( (可以自由旋转的可以自由旋转的键键连接起来的饱连接起来的饱和链构成和链构成) )

5、两部分组成。两部分组成。 高分子液晶根据高分子液晶根据刚性结构刚性结构在分子中的在分子中的相对位相对位置置和和连接次序连接次序，分为，分为主链型高分子液晶主链型高分子液晶( (刚性部分刚性部分处于主链上处于主链上) )和和侧链型高分子液晶侧链型高分子液晶( (刚性部分连接刚性部分连接于主链的侧链上于主链的侧链上) )。 如果再根据如果再根据刚性部分刚性部分的形状的形状、结合所处位置结合所处位置, ,还可以分成如下几种类型还可以分成如下几种类型( (见表见表5 5-1)-1)。 123 12342 2、按液晶的形态分类、按液晶的形态分类 液晶的液晶的相态结构相态结构( (晶相晶相),),是指液晶

6、分子在形成是指液晶分子在形成液晶相时的液晶相时的空间取向空间取向和和晶体结构晶体结构。液晶的晶相主。液晶的晶相主要有以下三类：要有以下三类：( (图图5-15-1所示所示) )、向列型晶相液晶、向列型晶相液晶 用符号用符号N N来表示。来表示。 在向列型液晶中，液晶分子在向列型液晶中，液晶分子刚性部分之间相互刚性部分之间相互平行排列平行排列，但是其，但是其重心排列无序重心排列无序，只保持着，只保持着一维有一维有序性序性。 液晶分子在液晶分子在沿其长轴方向可以相对运动沿其长轴方向可以相对运动，而不，而不影响晶相结构。因此在外力作用下可以非常容易流影响晶相结构。因此在外力作用下可以非常容易流动，是

7、在三种晶相中动，是在三种晶相中流动性最好流动性最好的液晶。的液晶。、近晶型晶相液晶、近晶型晶相液晶 通常用符号通常用符号 S S 来表示，在所有液晶中来表示，在所有液晶中最接近最接近固体结晶结构固体结晶结构。 在这类液晶中分子在这类液晶中分子刚性部分刚性部分互相平行排列互相平行排列，并，并构成构成垂直于分子长轴方向垂直于分子长轴方向的层状结构的层状结构。 在层内分子可以沿着层面相对运动在层内分子可以沿着层面相对运动，保持其流，保持其流动性；这类液晶具有动性；这类液晶具有二维有序性二维有序性。由于。由于层与层之间层与层之间允许有滑动发生允许有滑动发生，因此这种液晶在其，因此这种液晶在其粘度性质上

8、仍粘度性质上仍存在着各向异性存在着各向异性。 根据晶型的细微差别，又可以分成根据晶型的细微差别，又可以分成 S SA A、S SB B、S SC C、S SD D、S SE E、S SF F、S SG G、S SH H、S SI I 等等 9 9个小类。个小类。、胆甾醇型液晶、胆甾醇型液晶 由于这类液晶，许多是由于这类液晶，许多是胆甾醇的衍生物胆甾醇的衍生物，所，所以称之为胆甾醇型液晶。以称之为胆甾醇型液晶。 构成液晶的构成液晶的分子基本是扁平型的分子基本是扁平型的，依靠端基，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成的相互作用，彼此平行排列成层状结构层状结构。 与近晶型液晶不同，它们的与近晶型液晶不

9、同，它们的长轴与层面平长轴与层面平行行，而不是垂直。在两相邻层之间，由于伸出平，而不是垂直。在两相邻层之间，由于伸出平面外的光学活性基团的作用，分子的长轴取向依面外的光学活性基团的作用，分子的长轴取向依次规则地旋转一定角度，次规则地旋转一定角度，层层旋转层层旋转，构成一个，构成一个螺螺旋面结构旋面结构；分子的长轴取向在旋转；分子的长轴取向在旋转360360度以后复度以后复原，两个取向度相同的最近层间距离称为胆甾醇原，两个取向度相同的最近层间距离称为胆甾醇型液晶的型液晶的螺距螺距。 这类液晶具有彩虹般的颜色和很高的旋光本这类液晶具有彩虹般的颜色和很高的旋光本领等领等独特的光学性质独特的光学性质。

10、3 3、根据高分子液晶的形成过程分类、根据高分子液晶的形成过程分类 根据形成液晶的条件根据形成液晶的条件( (熔融和溶解熔融和溶解) )： 溶致型液晶溶致型液晶-液晶分子在溶解过程中液晶分子在溶解过程中, ,在溶液中在溶液中 达到一定浓度达到一定浓度时形成有序排列，产生各向异时形成有序排列，产生各向异 性特征构成液晶。性特征构成液晶。 热致型液晶热致型液晶-三维各向异性的晶体，在加热致三维各向异性的晶体，在加热致 融过程中，融过程中，不完全失去晶体特征不完全失去晶体特征，保持一定，保持一定 有序性构成的液晶。有序性构成的液晶。二、高分子液晶的分子结构与性质二、高分子液晶的分子结构与性质1 1、

11、高分子液晶的典型结构、高分子液晶的典型结构 高分子液晶的结构是高分子液晶的结构是, ,由通常呈现近似棒状或片由通常呈现近似棒状或片状的状的刚性部分刚性部分和连接刚性部分之间的和连接刚性部分之间的柔性链柔性链组成。组成。 刚性部分刚性部分通常呈现近似通常呈现近似棒状棒状或或片状片状，这是液晶，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。分子在液态下维持某种有序排列所必须的结构因素。 刚性结构刚性结构通常由通常由两个苯环、或者脂肪环、或者两个苯环、或者脂肪环、或者芳香杂环芳香杂环，通过一个，通过一个刚性连接部件刚性连接部件xx连接组成连接组成( (如如下图所示下图所示) )。 其中，其中