高分子液晶材料教学.pptx

第四章高分子液晶材料研究内容4.1高分子液晶概述液晶的基本概念液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。特 征加热熔成各向同性的液体，经冷却又能回到液晶态出现一系列光辉夺目的彩虹色液晶的发现与此彩色现象密切相关 在日常生活中，液晶材料正通过各种应用及其优异性能被愈来愈多的人所认识，如彩色液晶显示器、各种传感器等,这些主要是小分子液晶材料。? 液晶应用的历史却比较短，于1960年左右才开始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，流动行为与一般溶液显著不同。从结构上分析，除了致晶单元、取代基、末端基的影响外，高分子链的性质、连接基团的性质均对高分子液晶的相行为产生影响。一、高分子液晶的分类与命名1.根据聚合物液晶分子特征分类按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。表5-1 致晶单元与高分子链的连接方式液晶类型结构形式名称主链型纵向型垂直型星型盘型混合型支链型多盘型树枝型侧链型梳型多重梳型盘梳型腰接型结合型网型一、高分子液晶的分类与命名2.按液晶的形态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。2.按液晶的形态分类（续）（1）近晶型液晶 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。近晶型2.按液晶的形态分类（续）（2）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，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。向列型层列型之锥扇纹理层列相的一种纹理向列相向列相层列相中之TGB结构向 列 相2.按液晶的形态分类（续）（3）胆甾型液晶胆甾型：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。 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，使得胆甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜色，并有极高的旋光能力——“显示材料”胆甾型 向列相薄层: 介面力与液晶弹性力竞争之结果胆固醇相之指纹结构悬浮在高分子当中的液晶胆固醇相液晶盘型液晶 碟状介晶态直到1977年才被Chandrasekhar等人发现，构成它们的基元多为扁平碟子状。看来，液晶不是全为棒状结构3.根据高分子液晶的形成过程分类按液晶的形成条件可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶、流致型液晶等等。熔融型液晶形成过程：固体 液晶 各向同性液体溶液型液晶形成过程：固体 液晶 各向同性液体热热冷冷+溶剂+溶剂-溶剂-溶剂二、高分子液晶的分子结构与性质1.高分子液晶的典型结构 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。液晶的结构特征高分子液晶是由刚性部分和柔性部分组成。刚性部分通常由两个苯环或脂肪环或芳香杂环通过一个刚性连接单元连接组成。这个刚性连接单元的作用是阻止两个环的旋转。聚合物骨架刚性体连接单元取代基液晶的结构特征致晶单元苯环脂肪环芳香杂环亚氨基（－C＝N－）、反式偶氮基（－N＝N－）氧化偶氮（－NO＝N－）酯基（－COO－）反式乙烯基（－C＝C－）刚性连接单元 在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲的取代基，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。2.影响聚合物液晶形态与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。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。2.影响聚合