第12章功能高分子要点.ppt

偏光显微镜下的高分子液晶 电致发光高分子 10.6 液晶高分子 液晶的发现 奥地利植物学家莱尼茨尔测定有机物的熔点时，发现某些有机物（胆甾醇的苯甲酸脂和醋酸脂）熔化后会经历一个不透明的呈白色浑浊液体状态，并发出多彩而美丽的珍珠光泽，只有继续加热到某一温度才会变成透明清亮的液体。第二年，德国物理学家莱曼使用他亲自设计，在当时作为最新式的附有加热装置的偏光显微镜对这些脂类化合物进行了观察。他发现，这类白而浑浊的液体外观上虽然属于液体，但却显示出各向异性晶体特有的双折射性。于是莱曼将其命名为“液态晶体”，这就是“液晶”名称的由来。? 液晶 Liquid crystals(LCs) 液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性 构成：致晶单元 + 高分子链 致晶单元(mesogens) (rod-like , disk-like elements) must be incorporated into polymer chains 与小分子液晶相比，液晶高分子具有下列特殊性： 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 液晶高分子的分类 根据高分子链中致晶单元的排列形式和有序性的不同，高分 子液晶可分为：近晶型、向列型和胆甾型。至今为止大部分高分子液晶属于向列型液晶。 主链型液晶大多数为高强度、高模量材料 侧链型液晶大多数为功能性材料 溶致性液晶和热致性液晶 热致性液晶（Thermotropic LC） 对于溶致性液晶，溶剂与高分子液晶分子之间的作用起非常重要的作用。溶剂的结构和极性决定了与液晶分子间的亲和力的大小，进而影响液晶分子在溶液中的构象，能直接影响液晶的形态和稳定性。控制高分子液晶溶液的浓度是控制溶液型高分子液晶相结构的主要手段。 热致性高分子液晶 主链型热致性高分子液晶中，最典型最重要的 代表是聚酯液晶。 1963年，卡布伦敦公司（Carborundum Co）首先成功地制备了对羟基甲酸的均聚物（PHB）。 但由于PHB的熔融温度很高（＞450℃），在熔融之前，分子链已开始降解。所以并没有什么实用价值。 70年代中期，美国柯达公司的杰克逊(Jackson)等人将对羟基苯甲酸与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）共聚，成功获得了热致性高分子液晶。 根据液晶高分子链特点—— 主链型、侧链型 主链型Main-chain LCPs 主链型液晶和侧链型高分子液晶中根据致晶单元的连接方式和形态不同又有许多种类型 优异的性能 高强度 高模量 高耐热 Xydar的熔点421℃，在空气中560℃、在氮气中567℃才开始分解，其热变形温度高达355℃，可在-50～240℃连续使用，仍有优良的冲击韧性和尺寸稳定性。 极佳的阻燃性 在不添加阻燃剂的情况下，TLCP材料对火焰具有自熄性，可达UL-94 V-0级的阻燃性，在火焰中不滴落，不产生有毒烟雾 ………………… 液晶高分子的应用 主链型液晶高分子 实验室的研究已使这种高分子液晶的响应时间降低到毫秒级、甚至微秒级的水平。由于高分子液晶的加工性能和使用条件较小分子液晶优越得多，高分子液晶显示材料的实际应用已为期不远了。 信息贮存介质 首先将存贮介质制成透光的向列型晶体，所测试的入射光将完全透过，证实没有信息记录。用另一束激光照射存贮介质时，局部温度升高，聚合物熔融成各向同性的液体，聚合物失去有序度。激光消失后，聚合物凝结为不透光的固体，信号被记录。此时，测试光照射时，将只有部分光透过，记录的信息在室温下将永久被保存。 再加热至熔融态后，分子重新排列，消除记录信息，等待新的信息录入。因此可反复读写。 热致性侧链高分子液晶为基材制作信息贮存介质同光盘相比，由于其记录的信息是材料内部特征的变化，因此可靠性高，且不怕灰尘和表面划伤，适合与重要数据的长期保存。下图是高分子液晶信息贮存示意图。 高分子液晶的特点： 从结构上分析，除致晶单元、取代基、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 固体 液晶 各向同性液体 热 冷 热 冷 溶致型液晶（Lyotropic LC） 固体 液晶 各向同性液体 + 溶剂 + 溶剂 - 溶剂 - 溶剂 减弱分子间力 降低聚合物熔点 减弱聚合物分子的规整度 高强度材料用于航空航天及军事（防弹材料等） 高分子液晶显示材料 小分子液晶作为显示