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。
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公司投入大量人力财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，并付诸实用；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11%，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。
2.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。
2.1.1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面。
在层内，分子排列保持着大量二维固体有序性，但是这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来往于各层之间，结果这类柔性的二维分子薄片之间可以相互滑动，而垂直于层片方向的流动则要困难。
因此，近晶型液晶一般在各个方向都是非常粘滞的。
2.1.2向列型结构此类液晶有相当大的流动性。
因为这类液晶，棒状分子之间只是互相平行排列。
但是他们的重心排列则是无序的，在外力作用下发生流动，很容易沿流动发祥取向，并且互相穿越。
向列型液晶的棒状分子也仍然保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶型液晶中那种层状结构。
此种液晶仍然显示正的双折射性。
此外与近晶型液晶相比，向列型液晶的粘度小，富于流动性。
产生这种流动性的原因主要是由于向列型液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动。
2.1.3胆甾型结构胆甾型液晶和近晶型液晶一样具有层状结构但层内的分子排列却与向列型液晶类似，分子长轴在层内是相互平行的。
这类液晶比较突出的特点是各层的分子轴方向与邻接层的分子轴方向都略有偏移，液晶整体形成螺旋结构，螺距的长度与可见光波长数量级相同。
胆甾型液晶的旋光性、选择性光散射和圆偏振光二色性等光学性质，就是由这种特殊的螺旋结构引起的。
胆甾型液晶的光学性质与近晶型和向列型液晶有所不同，具有负的双折射性质。
2.2主链型高分子液晶的研究现状[1]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Dupont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。
2.2.1溶液型主链高分子液晶其液晶行为是首先在聚(L-谷氨酸-C-苄酯)体系中发现的。
而研究最多的则是聚芳香酰胺类,如:聚对苯甲酰胺(PBT)和聚对苯二甲对苯二胺(PPTA)和聚芳香杂环类聚合物,如:聚双苯骈噻唑苯(PBT)。
要形成溶液型液晶,无论是小分子还是高分子,都必须具备下述两个条件:(1)必须具有一定尺寸的刚性棒状结构；(2)必须在适当的溶剂中具有超过临界浓度的溶解度。
对于聚肽一类溶液型主链高分子液晶来说,其刚性棒状结构来源于A-螺旋构象,高分子链上的极性基团又与溶剂水有强烈的相互作用,使得上述两个必要条件得到满足。
而对以聚芳香酰胺为代表的一类溶液型高分子液晶而言,要满足上述条件,就必须借助于极强的溶剂,例如,通常使用质量分数大于99%的浓硫酸等。
除了聚肽、聚芳香酰胺和聚芳香杂环类溶液主链高分子液晶以外,纤维素及其衍生物也能形成溶液型液晶。
另外,近期的研究工作表明,容易形成热熔型液晶的聚酯通过共聚,也能获得一些溶液型主链型聚酯液晶。
例如,将环己基酯的齐聚物与芳香酯的齐聚物进行嵌段共聚,即可得到能生成溶液型液晶的聚酯[2]。
溶液型主链高分子液晶,特别是非聚肽类的合成聚合物，主要用于制备超高强度、高模量的纤维和薄膜。
材料的高强度、高模量来源于聚合物链在加工过程中,在一些特殊的溶剂中形成了各向异性的向列态液晶。
这一应用不仅可用于制备超强材料,也给高分子液晶研究提供了推动力。
2.2.2热熔型主链高分子液晶对于热熔型液晶高分子,一个重要问题是生成液晶态的温度必须低于聚合物的分解温度。
从化学结构上看,热熔型主链高分子液晶多是主链上含有芳香环的酯基的聚合物。
为了降低这类聚合物的熔点,以保证在分解温度以下得到热稳定的液晶态,最常采用以下三种方法:(1)为改变规整聚合物链的紧密堆积,采用在聚合物链中加入一些萘、联苯和取代苯等体积不等的基团的方法,以破坏刚性聚合物链的规整性,使其熔点下降[2～5]；(2)将脂肪族的柔性链段嵌进刚性链的结构单元之间,使整个聚合物链的刚性下降[2～5]；(3)改变刚性聚合物链的线型结构,即将间位或邻位取代的亚苯基嵌进结构单元,使聚合链不在一条直线上[2～5]。
高分子液晶材料与普通的高分子材料相比,有较大的性质差别。
(1)高分子液晶具有低得多的剪切粘度,同时在由各向同性至液晶态的相转变处, 其粘度会有一个非常明显的降低；(2)由于液晶高分子的取向度增加,使得它沿取向方向具有很高的机械强度；(3)由于结晶程度高,高分子液晶的吸潮率很低,因此由于吸潮率引起的体积变化也非常小；（4)主链高分子液晶还具有良好的热尺寸稳定性；(5)热熔型主链高分子液晶的透气性非常低；(6)它还具有对有机溶剂的良好耐受性和很强的抗水解能力。
基于热熔型主链液晶高分子的上述性质,它特别适用于上述各性质综合在一起的场合。
例如,在电子工业中制作高精度电路的多接点部件。
另外,易流动和低曲翘也使得它能制成较复杂的精密铸件,同时能抗强溶剂。
除了电子工业中的应用以外,它还可用于制备化学工业中使用的阀门等。
另外,何向东等[6]采用液晶性的小分子扩链剂与二异氰酸酯及氨基封端的聚硅氧烷齐聚物反应,合成了多嵌段的液晶聚硅氧烷氨酯弹性体,其显示出热致性液晶行为(向列型)。
这种兼具液晶性质与橡胶弹性的特殊弹性体可望具有优良的成膜性能,可制成各种液晶膜，特别是用于性能特异的功能膜。
2.3侧链型高分子液晶的研究现状侧链型高分子液晶比较好地将小分子液晶性质和聚合物的材料性质结为一体，是具有极大潜力的新型材料。
例如，已有许多文献报道侧链型高分子液晶在光信息储存、非线性光学和色谱等领域具有应用价值侧链型高分子液晶是指介晶基元处于聚合物侧链的一类高分子液晶。
与主链型高分子液晶相比,侧链高分子液晶的性质在较大程度上取决于介晶基元,而受聚合物主链性质的影响较小。
由于它的介晶基元多是通过柔性链与聚合物主链相接,其平动和转动度的限制变为可控的,因此达到与相应小分子液晶具有同样液晶行为是侧链型高分子液晶研究的目标之一。
侧链型高分子液晶比较好地将小分子液晶性质和聚合物的材料性质结为一体,是具有极大潜力的新型材料。
例如,已有许多文献报道[7～10]侧链型高分子液晶在光信息储存、非线性光学和色谱等领域具有应用价值。
2.3.1溶液型侧链高分子液晶为了有利于液晶相在溶液中形成,在溶液型液晶分子中一般都含有双亲活性结构,即结构的一端呈现亲水性,另一端呈现亲油性。
在溶液中当液晶分子达到一定浓度时,这些两亲分子可以在溶液中聚集成胶囊,构成油包水,或水包油结构；当液晶高分子浓度进一步增大时,分子进一步聚集, 形成排列有序的液晶结构。
