液晶高分子材料开发进展及应用
摘要：液晶高分子材料超越高分子材料化学、化学科学和材料科学的领域，涉及了物理学、生命科学和信息科学等多学科领域，是一个十分活跃的研究领域和前言科学。本文主要阐述了高分子材料的开发和在各个领域的应用。
关键词：液晶高分子材料；进展；应用
液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称介晶相( meso phase) ，是一种取向有序流体, 既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。液晶1888 年由奥地利植物学家Reinitzer首次发现，在本世纪50 年代之前，液晶没能引起科技界的广泛重视。然而60 年代，以RCA 公司进行液晶显示和光阀方面的工作为标志，液晶得到了实际的应用。液晶高分子( LCP) 的大规模研究工作起步更晚，但目前已发展为液晶领域中举足轻重的部分。如果说小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学，那么液晶高分子则牵涉到高分子科学、材料科学、生物工程等多门学科,而且在高分子材料、生命科学等方面都得到大量应用。
1.液晶高分子的分类[1]
1.1按照液晶相分类
1.1.1向列型液晶
液晶分子刚性部分平行排列，重心排列无序，保持一维有序性，液晶分子沿其长轴方向可移动，不影响晶相结构，是流动性最好的液晶。
1.1.2近晶型液晶
在所有液晶中近固体晶体而得名。分子刚性部分平行排列，构成垂直于分子长轴方向的层状结构，具二维有序性。
1.1.3胆甾型液晶
构成液晶的分子是扁平型的，依靠端基的相互作用平行排列成层状结构。但它们的长轴与层面平行而不是垂直。在相邻两层之间，由于伸出平面外的光学活性基团的作用，分子长轴取向依次规则地旋转一定角度,层层旋转构成螺旋结构。此类液晶可使反射的白光发生色散而呈现彩虹般颜色。
1.2按照分子中液晶基元的位置分类
1.2.1主链型液晶高分子
液晶基元在高分子主链上。如kevlar纤维。
1.2.2侧链型液晶高分子
液晶基元通过柔性链与主链相连，大多数功能性液晶高分子属于此类。根据形成方式的不同又可以分成热致型液晶和溶致型液晶。还可以分为天然高分子液晶和新型液晶高分子。
天然高分子在特定条件下表现为液晶态。如烟花草病毒、多肽、蛋白质、核酸、细胞膜和纤维素等都属于天然高分子液晶。新型液晶高分子又包括甲壳型液晶高分子和树枝状液晶高分子。
2.液晶高分子的发展
1941 年Kargin提出液晶态是聚合物体系中的一种普遍存在的状态, 从此人们开始了对液晶聚合物的研究。然而其真正作为高强度、高模量的新型材料, 是在低分子中引入高聚物,合成出液晶高分子后才成为可能。这一重大成就首先归功于Flory, 他在40 多年前就预言刚棒状高分子能在临界浓度下形成溶致性液晶, 并在当年得到了证实。到了20 世纪70 年代,DuPont 公司著名的纤维Kevlar 的问世及其商品化, 开创了液晶高分子以研究的新纪元。相关液晶的理论也不断发展和完善。然而由于Kevlar 是在溶液中形成, 需要特定的溶剂, 并且在成形方面受到限制, 人们便把注意力集中到那些不需要溶剂, 在熔体状态下具有液晶性, 可方便地注射成高强度工程结构型材及高技术制品的热致性液晶高分( TLCP) 上。1975 年Roviello 首次报道了他的研究成果。次年Jackson 以聚酯( PET) 为主要原料合成了第一个具有实用性的热致性芳香族共聚酯液晶, 并取得了专利。从此液晶高分子材料的开发得到迅猛的发展。而今LCP 已成为高分子学科发展的重要分支学科。
一种光响应式可弯曲新材料在复旦年轻讲师、留日博士俞燕蕾手中诞生了。20 03 年9 月1 日, 英国科学杂志《自然》发表了俞燕蕾博士在新型高分子液晶材料的开发和研究方面的重大突破。日本N H K 电视台和多家媒体对这一科研成果进行了报道。近年来, 随着机器人、人工肌肉等研究领域的发展, 具有弯曲形变能力的材料受到关注。但这些材料大都集中于电致弯曲, 具有形变速度快特点的光响应式可弯曲材料因其开发上的难度而无人问津。
俞燕蕾利用含偶氮苯色素的高分子液晶材料对偏振光选择吸收的特性, 实现了技术上的突破。通过改变偏振光的偏振方向等技术精确地控制薄膜的卷曲方向, 使其可以沿着任意的方向进行卷曲。这种卷曲的过程可以反复实现而薄膜不会出现疲劳现象。该材料的功能完全由光来控制, 不需要任何电池、电动机、齿轮等的介入, 可以应用干微型机械的驱动装置、小型医疗器械等开发上, 同时光在远程控制上的优越性使得该材料在航空和国防等领域也具有极大的应用潜力。
3.液晶高分子材料应用
3.1 高强度高模量材料[2、3]
分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子, 在外力场容易发生分子链取向。利用这一特性可制得高强度高模量材料。例如, 聚对苯二甲酸对苯二胺( PPTA) 在用浓硫酸溶液纺丝后, 可得到著名的kelvar纤维[3、4], 比强度为钢丝的6—7倍, 比模量为钢丝或玻纤的2—3倍, 而密度只有钢丝的1/ 5。此纤维可在-450C—2000C使用, 阿波罗登月飞船软着陆降落伞带就是用kevlar29 制备的。kevlar纤维还可用于防弹背心,飞机、火箭外壳材料和雷达天线罩等。
3.2 在图形显示方面的应用
液晶高分子在电场作用下从无序透明态到有序不透明态的性质使其可用于显示器件。用于显示的液晶高分子主要为侧链型, 它既具有小分子液晶的回复特性和光电敏感性, 又具有低于小分子液晶的取向松弛速率, 同时具有良好的加工性能和机械强度。Kubota利用聚合物分散型液晶较大的温度范围实现了动态图象显示, 使液晶高分子有可能用于液晶电视和电脑显示器[4]。
3.3液晶高分子在信息储存方面的应用
热熔型侧链液晶高分子通常用作信息储存材料。液晶高分子一般利用其热-光效应实现光存贮。通常采用聚硅氧烷、聚丙烯酸酯或聚酯侧链液晶, 为了提高写入光的吸收效率, 可在液晶高分子中溶进少许小分子染料或采用液晶和染料侧链共聚物。向列、胆甾和近晶相液晶高分子都可以实现光存贮。例如Shibaev使用向列型液晶聚丙烯酸酯, 采用激光寻址写入图像,可在明亮背景上显示暗的图像, 并可存贮较长时间。Hirao 等利用有电光效应的高分子液晶, 制备出了电记录元件[5]。Eich用含有对氰基苯基苯酸酯和对氰基偶氮苯液晶基元的聚丙烯酸酯基聚合物, 以激光照射经磨擦平行取向的样品, 实现了全息记录。选用的液晶高分子膜为10um, 全息条纹分辨率达到 3000 线/mm, 容量达 1G 比特/ cm2。侧链液晶高分子用于存储显示寿命长、对比度高、存储可靠、擦除方便, 因此有极为广阔的发展前景。3.4 功能液晶高分子膜[6]
由液晶高分子制成的膜材料具有较强的选择渗透性, 可用于气、液相体系组分的分离分析。如聚碳酸酯(PC) 与液晶EBBA 制成的复合膜可用于气体分离。高分子-液晶-冠醚复合膜在紫外( 360nm ) 和可见光( 460nm) 照射下, 钾离子(K+) 会发生可逆扩散, 因此它可用
于人工肾脏和环境保护工程。
3.5 生物性液晶高分子
细胞膜中的磷脂可形成溶致型液晶。构成生命的基础物质DNA 和RNA 属于生物性胆甾液晶, 它们的螺旋结构表现为生物分子构造中的共同特征，植物中起光合作用的叶绿素也表现液晶的特性。英国著名生物学家指出:生命系统实际上就是液晶,更精确地说,液晶态在活的细胞中无疑是存在的。液晶高分子是一类全新的功能材料,在高科技领域具有广阔的应用前景,随着研究的深入和应用的拓展,我们期待更高更强功能液晶材料的问世。
3.6 液晶高分子分子复合材料[7、8]
液晶高分子分子复合材料( Molecular composite)是一种新型的高分子复合材料, 其概念是由日本的Takayanagi和美国的Helminiak等人几乎同时在20世纪80 年代初提出来[5]。它通常是指将纤维与树脂基体的宏观复合扩展到分子水平的微观复合, 也就是用刚性高分子链或微纤作增强剂, 并以接近分子水平的分散程度分散到柔性高分子基体中的复合材料。树脂基复合材料通常是以玻璃纤维、碳纤维等宏观纤维作为增强成分, 以热固性或热塑性树脂为基质复合而成的。其产品的品质等级很多, 用途十分广泛, 但仍存在一些问题。例如纤维与基质材料间的粘合力不够理想, 以及两者的热膨胀因数相差较大[8] , 而这两个问题正是材料破坏的关键, 导致其冲击性能较低。此外, 特别是在使用玻璃纤维作为增强体的场合, 配料的高粘度和高摩擦不仅要求很高的能量消耗, 而且很容易造成设备的损坏。由于传统纤维增强复合材料的这些局限性, 人们开始寻求一种新的复合材料体系。液晶高分子分子复合材料的出现为人们获得具有高模量、高性能、易加工的新型复合材料提供了一条崭新的途径和方法。
耐高温及微型化LCP的出现, 使诸如PBR、聚氯三联笨、PPS及耐高温PA等工程塑料的范畴得以扩展。目前发展LCP的最大阻力仍是价格问题。努力降低产品成本, 以低成本单体为原料生产LCP依然是产品开发的方向之一。电子电气领域仍是LCP发展的大市场, 努力开发新型的适于电子电气精密注塑成型的耐高温和微型化要求的LCP新品级, 将会极大地推动LCP 研究与开发的进程。研究LCP的共混复合加工技术, 对LCP进行改性以提高共混相容性, 制备高性能复合材料. 仍然是一项十分重要的研究课题。可以预料,随着研究开发的不断深人, 到下个世纪,LCP及其相关的应用技术将会得到迅猛发展[9]。
参考文献
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高分子材料概述课程报告之液晶高分子材料一．概述 进入近代社会特别是进入二十一世纪，人类对材料的需求越来越迫切，对材料的性能和经济性的要求也越来越高，在这样的背景下，液晶高分子材料显然具有巨大优势。可液晶高分子材料又是一类什么材料呢？ 首先来介绍一下液晶：液晶是某些小分子有机化合物或某些高分子在熔融态或在液体状态下, 形成的有序流体, 既具有晶体的各向异性, 又具有液体的流动性, 是一种过渡状态, 这种中间态称为液晶态,又称为物质的第四态或介晶态。处于这种状态下的物质称为液晶。而液晶高分子是由液晶单元和柔性间隔以化学键结合而成。由于它们兼具液晶的取向有序性和位置有序性及高分子的长键分子特性等优异功能，使得它们成为全世界的学术研究机构与大公司实验室都极为关注的材料。而在自然界也存在天然液晶高分子材料，如纤维素衍生物、多肽及蛋白质、DNA和RNA等，与它们对应的则为合成液晶高分子。根据液晶形成的条件，可以将液晶高分子分为溶致液晶高分子和热致液晶高分子。它们分别在一定浓度的溶液中或在一定温度范围内表现出液晶性，这种溶致性或热致性决定了在制备液晶高分子材料时采用的工艺技术。 二．液晶高分子材料的性能 液晶高分子含有棒状等具有一定长径比的液晶单元，因此其分子键都为刚性或半刚性。这种刚性或半刚性的分子键易于形成空间位置
上排布的有序性和在液晶态加工过程中分子键能高度取向，因此液晶高分子材料具有一系列优异的性能。液晶高分子的熔体具有高流动性、低成型收缩率、低热膨胀系数与高的尺寸稳定性、高强度与高模量、耐高温等力学性能，并有优异的电绝缘性能、耐化学腐蚀性、耐老化性、阻燃性等一系列优异的综合性能。作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景，使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 三．液晶高分子材料的分类 液晶高分子材料具有如此优异的性能，那其分类又有哪些呢？目前，液晶高分子分类方法有三种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型两类。从应用的角度可分为热致型和溶致型两类，这两种分类方法是相互交叉的，即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型，而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同，液晶高分又有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类型。 （1）近晶型结构 近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中，棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子的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
高分子液晶材料 高分子1101 田原3110705027 摘要： 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子，高分子化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以鲜明的个性和特色，以高强度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域。在机械、电子、航空航天等领域的应用已崭露头角,目前正向生命科学、信息科学、环境科学蔓延渗透,并将波及其它科技领域。 关键词：高分子液晶材料历史与发展结构与性能 一、概述 液晶LC D（L iq ui d Crysta l Display）对于许多人而言已经不是一个新鲜的名词。从电视到随身听的线控，它已经应用到了许多领域。液晶现象是1888年奥地利植物学家 F.Reintizer在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明，液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键结合而成，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。 二、液晶高分子材料的分类及其特性 目前，液晶高分子分类方法有三种。从液晶基元在分子中所处的位置可分为主链型和侧链型两类。从应用的角度可分为热致型和溶致型两类，这两种分类方法是相互交叉的，即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型，而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同，液晶高分又有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类型。 1、主链型液晶高分子 主链型高分子液晶是指介晶基元处于主链中的一类高分子材料。在20世纪70 年代中期以前，它们多是指天然大分子液晶材料。自从D upont 公司首次获得聚芳香酰胺的溶液型主链型高分子液晶性质的应用以来，主链型高分子液晶材料的合成、结构与性能关系和应用等都得以很大发展。按液晶形成过程，主链型高分子液晶可以分为溶液型主链高分子液晶和热熔型主链高分子液晶。a：溶液型主链高分子液晶 其研究最多的则是聚芳香酰胺类和聚芳香杂环类聚合物。酰胺为代表的一类溶液型高分子液晶而言，就必须借助于极强的溶剂，
液晶高分子材料的现状及研究进展 摘要：本文综述了液晶高分子材料的研究现状，包括简单介绍了液晶高分子的发展历史，结构及性能，介绍了液晶高分子研究的新进展，对液晶高分子早各个领域的应用和潜在的性能进展做了简要的阐述，并针对液晶高分子存在的问题提出了相应的建议。 关键词：液晶高分子研究应用 前言 高分子科学，以30年代H.staidinger建立高分子学说为开展.此后高分子化学有了飞跃的发展.与此同时，高分子物理化学也有相应的发展。高分子化学注重对高聚物合成以及性质的研究，而高分子物理则重点研究高聚物的结构与性能，二者相辅相成，近年来研究较多的高分子液晶材料就是两者结合的典范。 液晶现象是1888年奥地利植物学家F.Reintizer[1]在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明，液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，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。 这样人们自然会联想到具有这种结构的高分子材料。1937年Bawden和Pirie[1]在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就，1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex，1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强.高模量的Kevlar纤维，并付注实用，以后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。在这一方面Jackson等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。 从应用领域分析，液晶高分子材料在电子电气行业中需求量最大且发展迅速，1998年可达3600 吨，平均年增长23.1 %；其次是通讯业，需求量约1540 吨，增长21.1%；工业界及运输业总需求量不到1700 吨，平均年增长率约为I1%。主要用于接插件、开关、继电器、模塑印刷电路板、光缆结构件、复合材料、机械手、泵/阀门组件、功能件等，极大地推动了液晶高分子技术及其它高新技术的发展。 从高分子液晶诞生到现在只有50多年的历史，是一门很年轻的学科。虽然高分子液晶[2]是具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能，作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。但目前对它的研究仍处于较低的水平，理论研究较狭隘，液晶高分子尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点，这些都有待于进一步的改进，所以高分子液晶仍是高分子科学研究的一个热点。 1液晶高分子材料的特性[3] 1.1取向方向的高拉伸强度和高模量
# 16 #陶瓷2009. No. 3 高分子液晶材料的应用及发展趋势 王瑾菲蒲永平杨公安杨文虎 ( 陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021) 摘要液晶相是不同于固相和液相的一种中介相态。系统地阐述了液晶的发现、形成机制以及分类,简单介绍了液晶高分子的结构特点,介绍了主链型和侧链型液晶高分子研究的新进展,并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述。 关键词液晶高分子液晶研究进展 Application and the Development of Liquid Crystal Polymer Materials Wang Jinfei, Pu Yongping, Yang Gongan, Yang Wenhu( School of Materials Science & Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi. an, 710021) Abstract: Liquid crystal phase is different from the solid phase and an intermediate liquid phase. This paper described the discovery of the LCD, and the mechanism for the formation and classification, briefly introducd the liquid crystalline polymer structural, researched new progress of the main- chain and side- chain type liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields. Key words: Liquid crystalline polymer; Liquid crystal; Study progress 1 液晶的发现 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。液晶的发现可以追溯到1888年,奥 地利植物学家 F Reinitzer发现,把胆甾醇苯酸脂( Cho-l esteryl Benzoate, C6 H5 CO2 C27 H45 , 简称 CB) 晶体加热到145. 5 e 会熔融成为混浊的液体, 145. 5 e 就是该物质的熔点。继续加热到178. 5e,混浊的液体会突然变成清亮的液体,而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O Lehmann经过系统地研究指出,在一定的温度范围内,有些物质的机械性能与各向同性液体相似;但是它们的光学性质却和晶体相似,是各向异性的。因此,这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相[ 1]。 2 液晶高分子的分类 液晶是一类具有特殊性质的液体,既有液体的流动性又有晶体的各向异性特征。现在研究及应用的液晶主要为有机高分子材料。一般聚合物晶体中原子或
液晶高分子的性质及应用 作者：翟洪岩、杨怀斌、岳敏、尹国强、张家乐、张维液晶高分子自上世纪70年代被开发出以来，经历了一系列的发展，现已成为普遍使用的一种高分子材料。人们已对液晶高分子的结构、性质、合成方法以及液晶高分子的应用都有了较为深刻的认识。这篇文章讨论的主要关于高分子液晶的性质（物理性质）及其应用。 一、高分子液晶的物理性质。 液晶高分子作为一种特殊的高分子材料，自然具有与一般高分子材料不同的性质。液晶具有液体的流动性和固体的有序性，对外界刺激如光、机械压力、温度、电磁场及化学环境的变化具有较高的灵敏性。高分子液晶制品具有高强度、高模量，尺寸稳定性、阻燃性、绝缘性好，耐高温、耐辐射、耐化学药品腐蚀、线膨胀率低，并有良好的加工流动性等优异性能。 1、高弹性。 液晶对外场作用较为敏感，即使不大的电磁力、切变力、表面吸附等都能使液晶产生较大形变。液晶可独立存在展曲、扭曲、弯曲三种弹性形变。 2、粘滞性与流变性。 液晶存在取向有序性，这将影响流体力学行为。而液晶高分子还具有的高分子的粘滞特性，这与分子长度密切相关。一般液晶高分子为多畴状态，畴的大小在几微米之内，故在宏观上液晶高分子是各向同性的，其许多物理性质如力学性能等，表观上也是多向同性的。溶致型液晶高分子溶液在各向同性相时，粘度随浓度增大而增大。进入液晶相后，粘滞系数突然降低。分子量越大，进入液晶相浓度也越低，最大粘滞系数升高。 体系进入液晶相后，指向矢受切变流的影响而沿它的流动方向取向，从而迅速降低了粘滞系数。当切变流动停止一段时间后，样品会逐渐弛豫回原来的多畴状态。如果在此之前就使液晶高分子降温或溶剂移走成为固态，仍可获得相当好的宏观取向，即各向异性固体。 3、其他性质。 胆甾相液晶具有螺旋结构。因此有特殊的光学性质，如选择反射、圆二色性、强烈的旋光性及其色散、电光和磁光效应等。
液晶高分子材料研究进展 肖桂真，纺织学院，1030011063 摘要：高分子液晶是近年来迅速兴起的一类新型高分子材料，它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀率、低收缩率、耐化学腐蚀的特点。本文综述了液晶高分子材料的发展历史，结构及性能，详细介绍了液晶高分子材料的种类以及在各个领域的应用，和液晶高分子材料的潜在发展前景。 关键词：功能高分子材料；液晶高分子材料；研究；应用 0前言 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。功能高分子材料之所以具有特定的功能，在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能（如化学活性、光敏性、导电性、催化活性、生物相容性、药理性能、选择分类性能等）而制得的一类高分子。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要。高分子液晶材料是近年来研究较多的一种功能高分子材料，它是介于液体和晶体之间的一种中介态，具有独特的结构与性能。 1高分子液晶的发展 1.1液晶的发现 液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，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。液晶的发现可以追溯到1888年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现，把胆甾醇苯酸脂(Ch01．esteryl Benzoate，C6 H5C02C27 H45．简称CB)晶体加热到145．5℃会熔融成为混浊的液体，145．5℃就是该物质的熔点，继续加热到178．5 ℃，混浊的液体会突然变成清亮的液体，而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。O.Lehnmnn经过系统地研究指出，在一定的温度范围内，有些物质的机械性能与各向同性液体相似；但是它们的光学性质却和晶体相似，是各向异性的。因此，这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相。 1.2液晶高分子的发展 1937年Bawden和Pirie在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性，这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性。其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就：1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低；1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex；1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强、高模量的Kevlar纤维，并付注实用；此后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型，在这一方面Jackson等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。 从应用领域分析，液晶高分子材料在电子电气行业中需求量最大且发展迅速，1998年可达3600 吨，平均年增长23.1 %；其次是通讯业，需求量约1540 吨，增长21.1%；工业界及运输业总需求量不到1700 吨，平均年增长率约为I1%，主要用于接插件、开关、继电
高分子液晶材料 Liquid crystal polymer materials 摘要： 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子，高分子化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以鲜明的个性和特色，以高强度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域。在机械、电子、航空航天等领域的应用已崭露头角,目前正向生命科学、信息科学、环境科学蔓延渗透,并将波及其它科技领域。 关键词：高分子液晶材料历史与发展结构与性能 正文 简述液晶高分子材料是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子,与其它高分子材料相比，液晶高分子有液晶相所特有的取向序和位置序；与普通低分子液晶化合物相比，液晶高分子又具有高分子化合物的结构和功能特性，如具有高分子量等。液晶高分子材料从应用的角度可分为热致型和溶致型两类，这两种分类方法是相互交叉的，即主链型液晶高分子同样具有热致型和溶致型，而热致型液晶高分子又同样存在主链型和侧链型。从液晶高分子在空间排列的有序性不同，液晶高分有近晶型、向列型、胆甾型三种不同的结构类
型 历史·现状·发展追溯历史,人类关于液晶现象的研究已有上百年的记载。 1937年Bawden和Pirie在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性，这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性。其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。1956年Flory卿从理论上说明了高分子液晶相的存在。50年代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就：1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低；1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex；1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强、高模量的Kevlar纤维，并付注实用；此后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型，在这一方面Jackson等作出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对羟基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。 技术·合成溶致性主链型液晶高分子又可分为天然的(如多肽、核酸、蛋白质、病毒和纤维素衍生物等)和人工合成的两类。前者的溶剂一般是水或极性溶剂；后者的主要代表是芳族聚酰胺和聚芳杂环，其溶剂是强质子酸或对质子惰性的酰胺类溶剂，并且添加少量氯化锂或氯化钙。这类溶液出现液晶态态条件是：①聚合物的浓度高于临界值；②聚合物的分子量高于临界值；③溶液的温度低于临界值。
液晶(LCD)显示器 徐利 （高分101 10031062164） 摘要：液晶是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上，液晶显示器具有很高的成像质量，而且它还具有工作电压低，功耗低，体积小等特点。其发展从大致TN 型到STN型再到TFT型，下面我就从液晶发展过程，依次介绍TN—LCD，STN —LCD和TFT—LCD的结构和原理，液晶显示器所需的原材料以及液晶显示器的制造工艺流程。 关键词：液晶显示材料图形显示 LCD 结构与原理制造工艺流程应用
正文： 1、引言 液晶显示器是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。LCD是基于液晶电光效应的显示器件。包括段显示方式的字符段显示器件；矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件；矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。 液晶显示原理 LCD可以说是一种光线传送技术。其原理是通过一个有源滤波器来调整固定强度的背景光线穿过液晶，从而使液晶板上可以显示出不同的图形。通过对白色光线的简单过滤，得到红、绿、蓝的基本原色，这就能构成显示的基本元素——象素。 大多数液晶材料在自然状态下都是一种分子化合物。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：粘土状的Smectic液晶，细柱形的Nematic液晶和软胶胆固醇状的Cholestic液晶。这三种液晶的物理特性各不相同，而第二类的细柱形的Nematic液晶最适于用来制造液晶显示器。 液晶分子会沿着一条中轴平行的排列。为了可以控制分子的列队让他们保持一定的顺序，人们让液晶分子依附于更大一些的沟槽状板的表面。液晶分子可以沿着沟槽滑动，在接触到沟槽的表面后会沿着沟槽的方向顺序排列。因此如果沟槽之间紧密的平行，那么液晶分子的列队也可以紧密的平行。 LCD就像三明治一样，液晶夹在两块精细的沟槽板之间，两个沟槽的方向互相保持90度的垂直。如果其中一个沟槽面板中的沟槽是按照南北方向并行排列的，那么与它相对应的另一快沟槽板中的沟槽就是按照东西方向并行排列的。在两块沟槽板中的液晶层被强破扭曲为90度排列。光线可以穿过分子队列和被扭曲90度的液晶层。
液晶高分子材料开发进展及应用 摘要：液晶高分子材料超越高分子材料化学、化学科学和材料科学的领域，涉及了物理学、生命科学和信息科学等多学科领域，是一个十分活跃的研究领域和前言科学。本文主要阐述了高分子材料的开发和在各个领域的应用。 关键词：液晶高分子材料；进展；应用 液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称介晶相( meso phase) ，是一种取向有序流体, 既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。液晶1888 年由奥地利植物学家Reinitzer首次发现，在本世纪50 年代之前，液晶没能引起科技界的广泛重视。然而60 年代，以RCA 公司进行液晶显示和光阀方面的工作为标志，液晶得到了实际的应用。液晶高分子( LCP) 的大规模研究工作起步更晚，但目前已发展为液晶领域中举足轻重的部分。如果说小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学，那么液晶高分子则牵涉到高分子科学、材料科学、生物工程等多门学科,而且在高分子材料、生命科学等方面都得到大量应用。 1.液晶高分子的分类[1] 1.1按照液晶相分类 1.1.1向列型液晶 液晶分子刚性部分平行排列，重心排列无序，保持一维有序性，液晶分子沿其长轴方向可移动，不影响晶相结构，是流动性最好的液晶。 1.1.2近晶型液晶 在所有液晶中近固体晶体而得名。分子刚性部分平行排列，构成垂直于分子长轴方向的层状结构，具二维有序性。 1.1.3胆甾型液晶 构成液晶的分子是扁平型的，依靠端基的相互作用平行排列成层状结构。但它们的长轴与层面平行而不是垂直。在相邻两层之间，由于伸出平面外的光学活性基团的作用，分子长轴取向依次规则地旋转一定角度,层层旋转构成螺旋结构。此类液晶可使反射的白光发生色散而呈现彩虹般颜色。 1.2按照分子中液晶基元的位置分类 1.2.1主链型液晶高分子 液晶基元在高分子主链上。如kevlar纤维。
液晶高分子材料的类型，结构特点，主要应用领域及其发展 趋势 摘要：对液晶高分子材料的类型，结构特点进行重点介绍，并对其的应用领域与发展趋势进行介绍与展望。 关键词：液晶高分子材料，高分子材料，新型高分子液晶材料， 引言：液晶高分子材料是近十儿年迅速兴起的一类新型高分子材料，它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能，作为液晶白增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层，被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景，使得液晶高分子材料成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 我国液晶高分子研究始于20世纪70年代初，1987年在上海召开的第一届全国高分子液晶学术会议标志着我国高分子液晶的研究上了一个新的台阶。此后，全国高分子液晶态学术会议每两年召开一次，共召开了8次。1994年在北京召开IUPAL国际液晶高分子会议，20世纪80年代周其凤等提出了新的甲壳型液晶高分子的概念并从化学合成和物理性质等角度给出了明确的结论，得到了国内学者的关注。而北京大学在该研究一直处于领先地位，已成功合成了上百个具有不同化学结构的甲壳型液晶高分子，并从不同的视角对其结构和性质开展了研究。 1.1液晶的发现 液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键合而成，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。液晶的发现可以追溯到1888年，奥地利植物学家F.Reinitzer发现，把胆甾醇苯酸脂(Ch01．esteryl Benzoate，简称CB)晶体加热到145．5℃会熔融成为混浊的液体，145．5℃就是该物质的熔点，继续加热到178．5 ℃，混浊的液体会突然变成清亮的液体，而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的。
高分子液晶材料 一.高分子液晶概述 1.過渡中間態:外觀呈現液體物質的流動性,但仍保留著晶態物質的有 序性且在物理性質上呈現各向異性稱為過渡中間態(Mesophase). 2.液晶物質(Liquid crystals):在溶液或熔融狀態下兼有晶體和液體部 份性質的物質. 單體液晶(monomer liquid crystals) 3.液晶: 高分子液晶(polymer liquid crystals) 4.液晶按形態分類: a.向列型液晶相液晶(nematic liquid crystal): 液晶分子剛性部分之間相互平行排列,但是其重心排列無序,只保 持著一維有序性. 液晶分子在沿其長軸方向可以相對運動,而不影響晶相結構,故 其在外力作用下可以非常容易沿著此方向流動,是三種晶相中 流動性最好的一種液晶. b.近晶型晶相液晶(smectic liquid crystal): 此液晶分子剛性部份相互平行排列,並構成垂直於分子長軸方 向的層狀結構.此液晶層內分子可以沿著層面相對運動保持其 流動性.
c. 膽甾醇型液晶(cholesteric liquid crytal): 構成液晶的分子基本是扁平型,依靠端基的相互作用,彼此平行排弄列成層狀結構,其長軸與層面平行. 5. 按形成液晶的條件分類: a.溶液型液晶(lyotropic liquid crystral):液晶分子在溶解過程中 在溶液中達到一定濃度時形成有序排列,產生各向異性特征構成 液晶;當溶解的是高分子時稱為溶液型高分子液晶。 b.熱熔型液晶(thermotropic liquid crystal):三維各向異向的晶體 在熔融過程中不完全失去晶體特征,保持一定有序性構成液晶; 同樣當晶體為高分子時稱為熱熔型高分子液晶。 二. 溶液型高分子液晶之結構、性能及應用 溶液型高分子液晶是液晶高分子在另外一種分子體系中進行的有 序排列,根據液晶高分子中剛性部分在聚合物中的位置將此分為 側鏈型和主鏈型液晶高分子。 相列型液晶結構 近晶型液晶結構 膽甾醇型液晶結構
高分子液晶 高分子液晶是一种新型高分子材料,具有强度高、模量大的特点。液晶是某些小分子有机化合物或某些高分子在熔融态或在液体状态下,形成的有序流体,既具有晶体的各向异性,又具有液体的流动性,是一种过渡状态,这种中间态称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶，高分子液晶材料即为一类新型的特种高分子材料,已经以纤维、复合材料和注模制件等应用于航空、航海和汽车工业等部门。 液晶就是液态和晶态之间的一种中间态,它既有液体的易流动特性,又具有晶体的某些特征。各向同性的液体是透明的,而液晶却往往是浑浊的,这也是液晶区别于各向同性的液体的一个主要特征。液晶之所以混浊是因为液晶分子取向的涨落而引起的光散射所致,液晶的光散射比各向同性液体要强达100万倍[3]。总之,液晶科学获得了许多重要的发展,研究领域遍及物理、化学、电子学、生物学各个学科,发展成了液晶化学、分子物理学、生物液晶及液晶分子光谱等重要学科[5]。 高分子液晶具有独特的性能: (1)在电场和磁场中,高分子液晶排列取向所需的电场强度或磁场强度要比低分子液却大的多,热致性液品的热转变温度高,而粘度大。 (2)奇偶性,所胃奇偶性是指在介晶态的TM,TN,△S,△H随柔性间隔的不同存在着奇低偶高的现象。不仅主链上有奇偶性效应,而侧链也有奇偶性效应。 (3)高分子液晶的流变行为高分子液晶的流变行为对聚合物材料的应用影响很大。如粘度是温度的函数,而且在某一温度下,粘度变小。粘度对剪层影响较大在低剪切速度下,偏离牛顿流体液品的有序性降低一粘度随分子准的增加,粘度下降。 (4)液品相的转变:在一定浓度,液晶转变温度随聚合度的增长而升高。在各向同性挤剂中,聚合物浓度下降,则相转变温度也下降。在一定温度下,聚合度越大,则介晶相出现的临界浓度越低。 (5)液品的电光效应.所谓电光效应是指液晶在电场的作用下产生光学的变化,具体如下:相畴的形成,电场可引起向列相,液晶产生威廉姆士相畴;动态散射,液晶中的离子,交变电场作用下对液晶分子施以作用下,随电压增大而增大,当超过弹性界限时就产生湍流;宾一主相互作用液晶中存在其它各向异性分子时施加电场,两者进行相互影响的运动排列[6]。 高分子液品的介电性能和导电性能液晶介电各向异性特征是决定液晶分子在电场中行为的主要参数。液晶介电各向异性决定于液晶分子结构中所含有的永久偶极矩和分子极化度,沿分子轴极化度,如大于垂直分子轴的极化度,则得到正介电各向异性液晶,反之得到负电各向异性液晶[7]。 高分子液晶的研究进展及应用 3.1. 纤维素液晶[ 9-10] 1976年,D G Gary首次报道了纤维素液晶的衍生物—羟丙基纤维素,分子量为105,它的2% ～5%水溶液能形成具有彩虹色彩,强烈双折射和旋光性的胆甾型液晶溶液。纤维素衍生物在如水、乙酸、丙酮等多种溶剂中都能形成液晶相。在偏光显微镜下可以观察到液晶溶液的多种织构,如圆盘织构、条纹织构、平面织构、假各向同性织构和指纹织构等。这些织构的存在与溶液的温度、浓度等外界条件有很大的关系。另外,还可以观察到多种向错结构。含纤维素衍生物的胆甾型液晶高分子复合物的合成使电子显微镜、原子显微镜等在研究胆甾型液晶精细结构上得到应用,这使得胆甾型液晶结构的研究达到了更为微观的层次。由于纤维素的液晶溶液可仿制高强度高模量的新型高分子复合材料,且对于半刚性链高分子液晶相的研究是一个很好的模型化合物。所以,我们要开发更多性质更好的液晶纤维素产品,如高强高模纤维、高性能纤维素液晶复合材料、高性能纤维素液晶分离膜及特殊光学材料。3.2.甲壳素类液晶[11-13]
液晶高分子材料的现状及发展前景 1937年Bawden和Pirie[1]在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了高分子液晶，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duponnt公司投入大量人力才力进行高分子液晶发面的研究，取得了极大成就，1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳香聚酰胺，并制成阻燃纤维Nomex，1972年研制出强度优于玻璃纤维的超高强.高模量的Kevlar纤维，并付注实用，以后，高分子液晶的研究则从溶致型转向为热致型。 一、液晶主要分类： 1、主链型液晶高分子，主要包括 （1）溶液型主链高分子液晶 （2）热熔型主链高分子液晶 2、侧链型高分子液晶，主要包括 （1）溶液型侧链高分子液晶 （2）热熔型侧链高分子液晶 二、液晶高分子的研究进展 关于液晶高分子几年来的主要进展可概括为以下几个方面： （1）合成出一系列含有各种新型介晶基元的液晶高分子，如柱状(或碟状)液晶分子、复合型液晶高分子以及刚性链侧链型液晶高分子. (2)部分液晶高分子品种已实现了工业化生产.基础研究和应用基础研究取得了显著进展，如液晶高分子结构与性能关系；液晶高分子相变动力学和热力学；液晶高分子的固态结构和结晶行为；溶致液晶高分子相图；热致液晶高分子加工流变学及其共混改性理论等，都取得了显著进展.在此基础上开发了复合材料和原位复合材料. (3)新型功能液晶高分子的合成以及液晶高分子在外场作用下的液晶行为研究也取得发显著进展. 三、液晶高分子研究趋势 液晶高分子虽然近年来有了迅速的发展，但总体上还只是处于发展的初期.预计今后将会更蓬勃的发展.其发展趋势主要有以下几方面： (1)努力降低液晶高分子产品成本.主要途径是扩大生产规模、寻找和选用更廉价的单体、改进合成工艺和采用共混方法等. (2)研究解决制品的各向异性如“焊缝”等问题.主要途径有:改进模具设计和成型条件、玻纤增强和填料填充以及共混技术. (3)大力发展分子复合材料和原位复合材料. (4)发展功能液晶高分子，这主要是侧链型液晶高分子，主要集中于聚硅氧烷类、聚丙烯酸
高分子液晶材料的研究现状及开发前景 一摘要 液晶高分子是指在熔融状态或溶液中具有液晶特性的高分子，即该类高分子在熔融状态或溶液中，一方面，在一定程度上分子呈类似于晶体的有序排列；另一方面，又具有各项同性液体的流动性。能够形成液晶相的高分子通常由刚性部分和柔性部分组成，刚性部分多由芳香和脂肪环状结构构成，在生物高分子中，含有手性基团的螺旋结构也具有刚性体的功能，柔性部分则多由可以自由旋转的d键连接起来的饱和链构成。液晶高分子的制备是将含有刚性结构和柔性结构的单体通过聚合反应连接起来。由于液晶相的形成，使得高分子的性能发生变化，某些性能显著提高，并出现类似于小分子液晶的特殊性能，从而使其具有更为诱人的应用前景，成为一个研究热点。高分子液晶是近十几年迅速兴起的一类新型高分子材料[ 1～5] , 它具有高强度、高模量、耐高温、低膨胀系数、低成型收缩率、低密度、良好的介电性、阻燃性和耐化学腐蚀性等一系列优异的综合性能, 作为液晶自增强塑料、高性能纤维、板材、薄膜及光导纤维包覆层, 被广泛应用于电子电器、航天航空、国防军工、光通讯等高新技术领域以及汽车、机械、化工等国民经济各工业部门。正是由于其优异的性能和广阔的应用前景, 使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域。 二国外对液晶高分子材料的研究 1． A series of main-chain liquid-crystalline polymers (LCPs) with pendant sulfonic acid groups have been synthesized by use of biphenyl-4,4-diol, 6,7-dihydroxynaphthalene-2-sulfonic acid, and bis(4-(chlorocarbonyl)phenyl) decanedioate in a one-step esterification reaction. Emeraldine base form of polyaniline (PAN) is doped by the synthesized sulfonic acid-containing LCPs to obtain PAN-LCP ionomers. A series of electrorheological (ER) fluids are prepared using the synthesized PAN-LCP ionomers and silicone oil. The chemical structure, liquid-crystalline behavior, dielectric property of LCPs, and PAN-LCP ionomers, and ER effect of the ER fluids are characterized by use of various experimental techniques. The synthesized sulfonic acid-containing LCPs and PAN-LCP ionomers display nematic mesophase. The PAN-LCP ionomers show a slight elevation of glass transition temperatures and decrease of enthalpy changes of nematic-isotropic phase transition compared with corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The relative permittivity of the PAN-LCP ionomers is much higher than that of the corresponding sulfonic acid-containing LCPs. The ER effect of the PAN-LCP ionomer dispersions is better than PAN dispersions, suggesting a synergistic reaction should be occurred among liquid crystalline component, and PAN part under electric fields. 已经合成了一系列的主链液晶聚合物（LCP ）与磺酸侧基通过使用二苯基-4,4 - 二醇，6,7 - 二羟基萘-2 - 磺酸，和双（4 - （氯羰基）苯基）decanedioate 在一个单步酯化反应。翠绿亚胺碱形式的聚苯胺（PAN ）由合成的含磺酸的LCP材料取得的PAN LCP的离子交联聚合物中掺杂。使用合成的PAN - LCP 离子和硅油电流变流体一系列的准备。的化学结构，液晶行为，LCPs的介电
液晶高分子材料 ：现代人的生活处处都有液晶。液晶高丹子是一类较新的高分子材料，具有许多独特的优良性能。液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和 规液态之间的一种中间相态，又称介晶相(meso phase)，是一种取向有序流 体， 既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。 1888年奥地利植物学家F Reinitzer 在研究胆甾醇苯甲酸酯在145．6?熔化 时，先变成小透明的浑浊液体，继续加热至178. 5C变为清亮的各向同性液体在 I45 ．5? 至l78 ．5? 之问胆甾醇苯甲酸酯呈现了一种新的物质形态，即液晶。 液晶既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性。小分子液晶的这种神奇状 态引起了人们浓厚兴趣，现已发现多种液晶材料。这些主要是些有机材料， 形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构，分子的长宽比例大于一，呈棒状构象，同时还具有在液相下维持分子某种排序所必需的凝聚力。这种凝聚力通常是由 构中的强极性基团，高度可极化基团或氢键提供。 在小分子液晶研究的基础上科学家不难联想到大分子液晶，1937 年Bawder和Pirie 在研究烟草花叶病病毒时，发现其悬浮液具有液晶的特性。这是人们第一次发现生物高分子的液晶特性，其后1950年，Elliott与Ambrose第一次合成了液晶高分子，溶致型液晶的研究工作至此展开。50年代到70年代，美国Duporrt 公司投入大量人力才力进行液晶高分子发面的研究，取得r 极大成就， 1959年推出芳香酰胺液晶，但分子量较低，1963年，用低温溶液缩聚法合成全芳 香聚酰胺，
并制成阻燃纤维Nomex，1972 年研制出强度优于玻璃纤维的超高强．高模量的Kevlar 纤维，并付注实用，以后，液晶高分子的研究则从溶致型转向为热致 型。 在这一方面Jackson 等做出了较大贡献，他们合成了对苯二甲酸已二醇酯与对 基苯甲酸的共聚物，可注塑成型，这是一种模量极高的自增强液晶材料。同一 期其他国家也相继展开研究，此后液晶高分子的合成应用领域又出现一个新的 潮。 向列型液晶(nematic liquid crystals1) ：液晶分子刚性部分平行排列，重心 列无序，保持一维有序性，液晶分子沿其长轴方向可移动，不影响晶相结构， 流动性最好的液晶 近晶型液晶(smectic liquid crystals) ：在所有液晶中近固体晶体而得名， 子刚性部分平行排列，构成垂直于分子长轴方向的层状结构，具二维有序性。 胆甾型液晶(cholestic liquid crystals) ：构成液晶的分子是扁平型的，依靠端基的相互作用平行排列成层状结构，但它们的长轴与层面平行而不是乖直。 相邻两层之问，由于伸出半面外的光学活性基团的作用，分了长轴取向依次规 地旋转一定角度，层层旋转构成螺旋结构。此类液品可使反射的白光发生色散
液晶高分子的结构特性及应用 姓名：白志文班级：材料101 学号：051002101 摘要：液晶高分子是一类较新的高分子材料, 具有许多独特的优良性能。液晶高分子在结构材料和功能材料方面被称为一类全新的高性能材料本文介绍了液晶高分子的研究及发展状况, 以及液晶高分子在众多领域的广泛应用的前景。对液晶高分子的性能、进展及各方面的应用作了综述报道。1 。 关键词：液晶高分子；表征性能；结构；应用 1 绪论 液晶高分子作为结构材料已用作制备高强度、高模量的纤维材料, 高分子复 合材料, 液晶高分子用于制作各种功能材料特别是信息功能材料有显著的优势 越性, 有广泛的应用前景。液晶高分子的研究至今不过40 年, 但其成就早已使 世人瞩目, 其发展速度是许多重要科学的科技领域都不能比拟的,其影响力目前 已远远超出高分子科学或化学材料范畴, 而正向生命科学、信息科学环境科学蔓 延渗透, 并将波及其它科技领域。2 2 液晶的分子结构与特性 液晶相是一种有序结构, 所以凡可用于有序结构分析的方法都可用来表征 液晶的结构和性质, 如偏光显微镜、差热分析、X 一射线衍射等。 2.1 液晶高分子的结构 任何一种液晶, 不管其性能如何优越, 都不可能满足显示的要求, 因而实 际使用的都是由多种液晶单体按一定比例调制成的混合液晶。这些混合液晶的物 理、化学特性(如熔点(M P)、清亮点(C P ) 、△n , △。, Vt 、以及k 3 3 /k 1 1 等)都是混合液晶体系中所有组分物理、化学特性的综合体现。液晶的性质 是由液晶分子的化学结构决定的。液晶分子的结构可以简单地表示为：
其中: XY 称为末端基团, 常见的末端基团有R 一(烷基) ,R O 一(烷氧基) , 一C N (氰基) ,一F, 一C F : 等。 B , B ‘称为环体系, 显示用液晶材料的环体系大多为六元环。 A 称为连接基团。 Z,Z , 称为侧向基团, 常见的有一F, 一C N, 一C H 3 等, 显示用液晶材料中一般很少含有侧向基团。 液晶分子的各种物理、化学性质完全是由这些基团以及这些基团之间的相互作用决定的, 因而改善液晶分子的性能, 实际上就是改变液晶分子结构中某个基团的属性。3 2.2 液晶高分子的特性 液晶高分子的迅速发展与其一系列优异性能密切相关。其特性如下: 2.2.1 取向方向的高拉伸强度和高模量 绝大多数商业化液晶高分子产品都具有这一特性。与柔性链高分子比较, 分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子, 最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向。实验研究表明, 液晶高分子处于液晶态时, 无论是熔体还是溶液, 都具有一定的取向序。当液晶高分子液体流经喷丝孔, 模口或流道, 即使在很低剪切速率下获得的取向,在大多数情况下, 不再进行后拉伸就能达到一般柔性链高分子经过后拉伸的分子取向序。因而即使不添加增强材料, 也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度, 表现出高强度高模量的特性。 2.2.2 突出的耐热性 由于液晶高分子的介晶基元大多由芳环构成, 其耐热性相对比较突出。如Xy dar 的熔点为421℃, 空气中的分解温度达到560℃, 其热变形温度也可达350℃, 明显高于绝大多数塑料。此外液晶高分子还有很高的锡焊耐热性, 如Ekono l 的锡焊耐热性为300～ 340℃/ 60s。 2.2.3 很低的热膨胀系数 由于具有高的取向序, 液晶高分子在其流动方向的膨胀系数要比普通工程塑料低一个数量级, 达到一般金属的水平, 甚至出现负值, 如Kev lar 的热膨胀系数为- 2×10- 9K- 1。这样液晶高分子在加工成型过程中不收缩或收缩很低, 保证了制品尺寸的精确和稳定。 2.1.4 优异的阻燃性 液晶高分子分子链由大量芳环构成, 除了含有酰肼键的纤维而外, 都特别难以燃烧, 燃烧后产生炭化, 表示聚合物耐燃烧性指标——极限氧指数( LOI ) 相当高, 如Kevlar 在火焰中有很好的尺寸稳定性, 若在其中添加少量磷等, 液晶高分子的LOI 值可达40 以上。