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高分子液晶材料的结构高分子液晶材料是一种具有有序结构的聚合物材料，其结构是由高分子链和液晶基团组成的。
高分子液晶材料中的液晶基团是一种含有扁平或柔性环形结构的化学基团，它们具有高分子链的延展性和可塑性，并且能够在外界作用下改变其形状和排列方式。
这种液晶基团能够使高分子材料具有液晶相，即具有有序排列的分子结构。
液晶基团的结构可以分为两类：侧链型和主链型。
侧链型液晶高分子材料中，液晶基团通过共价键连接到高分子链上，使得高分子链的某些段具有液晶性质。
主链型液晶高分子材料中，液晶基团直接作为高分子链的一部分，整个高分子链都具有液晶性质。
高分子链是高分子液晶材料的另一个组成部分，它是由重复单元构成的聚合物链。
高分子链的结构和性质决定了液晶材料的力学性能和热性能。
常见的高分子链有聚酯、聚酰胺、聚醚等。
高分子链中的化学键有着不同的刚度和柔性，这会影响高分子链的可弯曲性和液晶相的稳定性。
高分子液晶材料在液晶相中具有特定的排列方式。
常见的排列方式有列相、层相和体相。
列相是指高分子链在一个方向上有序排列，形成柱状结构，这种排列方式适用于侧链型液晶高分子材料。
层相是指高分子链在平面上有序排列，形成层状结构，这种排列方式适用于主链型液晶高分子材料。
体相是指高分子链在三个维度上都有序排列，形成立体排列的结构。
高分子液晶材料的结构可以通过各种方法进行调控和改变。
其中影响液晶相行为的因素包括高分子链的长度、侧链的长度和取向、高分子链和侧链之间的作用力以及外界温度和压力等。
通过调整这些因素，可以改变高分子液晶材料的液晶相稳定性、相转变温度和机械性能等。
高分子液晶材料由于其特殊的结构和性质，在光电、电子、光学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
通过研究高分子液晶材料的结构和性能，可以为其应用提供理论和实验依据，推动高分子液晶材料的发展与应用。
液晶高分子课件1.引言液晶高分子（LiquidCrystalPolymer，简称LCP）是一类具有液晶相态的高分子材料，因其独特的物理和化学性质，在众多领域得到广泛应用。
本文将对液晶高分子的基本概念、性质、制备方法及应用进行详细介绍。
2.液晶高分子的基本概念（1）分子链在液晶相中具有一定的取向有序性；（2）液晶高分子具有各向异性，即在不同方向上具有不同的物理和化学性质；（3）液晶高分子具有热塑性，可通过加热熔融进行加工；（4）液晶高分子具有良好的热稳定性和力学性能。
3.液晶高分子的性质3.1热稳定性3.2力学性能液晶高分子的力学性能优异，具有高强度、高模量等特点。
这主要得益于分子链的取向有序性以及分子链间的紧密排列。
3.3各向异性液晶高分子的各向异性表现为在不同方向上具有不同的物理和化学性质。
这种各向异性使得液晶高分子在特定应用领域具有独特优势。
4.液晶高分子的制备方法4.1溶液聚合溶液聚合是将液晶单体溶解在特定溶剂中，通过引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法操作简便，但需选用适宜的溶剂和引发剂。
4.2悬浮聚合悬浮聚合是将液晶单体分散在非溶剂介质中，通过引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法可实现较高分子量液晶高分子的制备，但聚合过程较复杂。
4.3乳液聚合乳液聚合是将液晶单体分散在水相中，通过乳化剂和引发剂引发聚合反应，制备液晶高分子。
该方法适用于制备具有特定形态的液晶高分子。
5.液晶高分子的应用液晶高分子在众多领域具有广泛的应用，主要包括：5.1电子电器液晶高分子具有良好的绝缘性能和热稳定性，适用于制备高性能电子元器件，如电路板、连接器等。
5.2高性能纤维液晶高分子纤维具有高强度、高模量等特点，可应用于航空航天、军工等领域。
5.3生物医学液晶高分子具有良好的生物相容性和降解性能，可用于制备药物载体、生物支架等。
6.结论液晶高分子作为一种具有独特性质的高分子材料，在众多领域具有广泛的应用前景。
形成高分子液晶的条件高分子液晶是一种具有特殊结构的高分子材料，具有液晶相存在的特性。
它具有很强的自组装能力和定向性，可以形成各种形态的自组装结构，如柱状、层状、球状等。
高分子液晶材料在光电领域、生物医学领域、纳米技术等领域中有广泛的应用前景。
本文将介绍形成高分子液晶的条件。
一、高分子液晶基本概念高分子液晶是一种由含有刚性基团或侧链的高分子材料，在适当条件下可以形成液晶相态，表现出类似于小分子液晶所具有的各种特殊性质和现象。
与小分子液晶相比，高分子液晶具有更多样化和可控性更强的自组装结构，能够形成更为复杂和多样化的超分子结构。
二、形成高分子液晶条件1. 高聚物链段刚性度高聚物链段刚性度是影响高分子材料能否形成液晶相态的重要因素。
通常来说，含有大量刚性链段或侧链的高分子材料更容易形成液晶相态。
例如，含有苯环、噻吩环、三嗪环等刚性基团的高分子材料，都具有很强的液晶相态形成能力。
2. 高聚物分子量高分子材料的分子量也是影响其形成液晶相态的重要因素。
通常来说，高聚物的分子量越大，其自组装结构越稳定，形成液晶相态的能力也更强。
但是过高的分子量也会导致高聚物链段之间难以自组装，从而影响其形成液晶相态。
3. 溶剂和温度溶剂和温度是影响高分子液晶形成的两个重要因素。
通常来说，在适当的溶剂中，并在一定温度范围内处理高聚物材料可以促进其形成液晶相态。
不同类型的溶剂对于不同种类的高聚物材料具有不同程度的溶解性和作用效果，在选择溶剂时需要综合考虑多种因素。
4. 配位作用配位作用在高分子液晶中起着非常重要的作用。
通过引入含有金属离子的配体或者高分子材料中含有金属离子的侧链，可以形成具有特殊结构和性质的高分子液晶材料。
这种方法不仅可以控制高分子材料的自组装结构，还可以实现高分子液晶材料的光电响应等多种性质。
5. 外场作用外场作用是指通过外加电场、磁场、光场等外界条件来影响高分子液晶自组装结构和相态。
这种方法可以在一定程度上控制高聚物链段之间的相互作用，从而实现对高分子液晶材料性质和结构的调控。
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]由于分子中存在多种形式氢键的基团,因而存在微晶结构,熔点高于分解温度,不能熔融,也难以溶解,只溶于少数几种特殊溶剂如甲磺酸等。
甲壳素具有螺旋或双螺旋结构,一般都呈胆甾相,还具有键刚性和结晶性,还可通过化学反应改性目的制成甲壳素酯、甲壳素醚甲壳素的N2 乙酰化衍生物。
由于甲壳素分子间的强氢键作用,分子易形成紧密的分子束,有很好的成纤倾向,甲壳素可在合适的溶剂中溶解而被制成具有一定浓度、一定粘度和良好的稳定性的溶液,这种溶液具有良好的可纺性。
甲壳素具有生物活性、生物相容性和生物的可降解性,无毒(LD50 16 g/kg体重)。
而且可以成膜或成纤,因而可在医用材料方面有广泛的应用。
最近将甲壳素的衍生物—甲壳胺制成无纺布的人造皮肤,甲壳素的巨大蕴藏量和衍生途径的多样性,使甲壳素类液晶的研究有着重要的科学价值。
被广泛应用于工业、农业、医学、环保等领域,有关甲壳素材料的研究被认为是21世纪最有希望的多糖研究。
3.3.铁电液晶[ 14～16 ]铁电液晶的分子排列成层状,层层堆砌,层内分子互相平行,但相对层面发现呈倾斜指向(层间距小于分子长度) ,层与层之间形成沿层面法线的螺旋状排列,铁电液晶相具有与分子垂直且与层面平行的自发性极化矢量Ps,呈现铁电性(铁电性是指液晶分子在电场或磁场作用下,其极化方向发生改变的特性)。
铁电液晶既有显示方面的应用,又有光电性质,特别是它的非线性光学性质[所谓非线性光学效应(NLO)是指强相干光(如激光)在非线性介质中传播时,光波与物质分子相互作用,其电场引起介质产生的非线性极化效应]。
非线性光学效应是现代通讯系统中光电子原器件发射、处理和贮存光信号的核心问题之一。
铁电液晶有机非线性光学材料具有响应速度快,激光损伤阈值高,支流介电常数低,吸收系数低以及化学和结构稳定等优良特性。
特别是在液晶显示材料领域,国内已有形成批量生产规模的企业出现,如石家庄实力克液晶材料有限公司、清华亚王液晶材料有限公司等已开发出或正在开发T N、ST N和TFT2 LCD混晶材料的手性液晶添加剂,取得了良好的经济效益,大大推动了我国液晶显示用液晶材料的发展与进步。
对于铁电液晶高分子,其应用领域主要是光记录和贮存材料、显示材料、铁电和压电材料、非线性光学材料,以及具有分离功能的材料和光致变色材料。
3.4.盘状液晶[ 17 ]盘状液晶的典型结构特点是盘状分子排列成柱状堆积。
人们首先研究各种具有盘状对称分子结构的化合物的液晶性质,发现了众多以苯环为核心的,由对称性良好的非极性分子组成的盘状液晶。
后来又发现了以非苯环为中心的盘状或平板状对称分子组成的盘状液晶,以及通过分子间或分子内作用力能形成盘状或平板状对称组合体的液晶。
1977年S.Chandrasekhar等人首次发现均六苯酚的酯类化合物具有盘状液晶性质,由于该类盘状液晶在分子结构、相变行为,以及物理性质等方面均表现出有别于传统热致液晶的特点(盘状液晶具有高度的对称性,因而表现为较宽的相变行为,并具有较高的焓变和较大的折射指数)。
具有电子给受体的盘状液晶由于具有在柱状体内相邻∏体系间的较小重叠而导致的电荷载体的低流动性,因而可望成一类新型的有机半导体材料或有机光导体材料,具有潜在应用前景。
3.5.卤代液晶[18 ]卤代液晶是液晶分子的端基、侧向位置、手性中心桥键上含有F、Cl、Br、I原子的液晶。
由于卤原子和含卤原子基团的强吸电子性,引入它们会对液晶分子的极性及极化度产生影响。
根据其电负性的大小,所在的液晶体系,在分子中的位置及数量,卤原子赋于液晶不同的性能,如端卤代液晶在芳香体系增加向列相稳定性,卤代液晶在多路驱动高响应速度的混合液晶中应用广泛,且具有以下性能: ①因引入卤原子而具有熔点降低,近晶相被抑制或消除的特性,可以调配宽向列相范围的向列相混合液晶; ②具有适中的电光性能、粘度、热、光、化学稳定性较高;③具有正疏水参数,高的电压保持性,适合AMLCD和PDLCDS等高性能液晶显示器的要求; ④在铁电和反铁电液晶中引入卤原子增大自发极化值Ps3或作为主体液晶产生Sc3相,如三联苯的单侧向氟取代化合物。
卤代液晶的蓬勃发展和广泛应用是上世纪8年代中期以后的事,这是与各种高性能液晶显示器的发展密切相关的,迄今研究最广,应用最多的主要是含氟液晶,其次是含氯液晶,溴代和碘代主要用作液晶的中间体。
卤原子和含卤基团被引入不同类型的液晶分子的不同位置,取决于它们的电负性大小基团的大小,以及数量对液晶分子的极化度各向异性,分子堆积的紧密程度,空间位阻等造成的不同影响,从而影响液晶的电、光、粘度和相行为一系列物理性能,这就为调配各种高性能混合液晶提供了广阔的选择余地。
3.6.热致性高分子液晶—塑料[19-20]由于芳族聚酰胺和芳族杂环液晶高分子都是溶致性的,即不能采取熔融挤出的加工方法,因此在高性能工程塑料领域的应用受到限制。
以芳族聚酯液晶高分子为代表的热致性液晶高分子正好弥补了溶致性液晶高分子的不足。
目前已经实现商品化的热致性液晶高分子聚芳酯大体分为三种类型:即以Amoco 公司的Xylar 和Sumitomo公司Ekonol 为代表的Ⅰ型,以Hoechst2Celanese公司的Vectra 为代表的Ⅱ型和以Unitika 公司的Rodrun LC 5000为代表的Ⅲ型。
Ⅰ型属联苯系列,分子和基本成分为对羟基苯甲酸(HBA)、4 ,4′联苯二酚(BP)以及不同比例的对苯二甲酸(TPA)和间苯二( IPA);Ⅱ型属萘系列,主要成分是HBA和6 羟基2 萘酸(HNA); Ⅲ型为HBA 与PET的共聚产物。
Ⅰ型耐热性最好,适合于要求高温性能的场合,但加工比较困难; Ⅲ型热性能差些; Ⅱ型的综合性能较好,耐热性居中。
我国洪定一等研究了PET/ 60PHB共聚酯体系。
用NMR、DSC等方法对其结构和液晶性进行了分析,结果表明,聚合物PET/60PHB是PET和PHB的无规共聚酯,属向列型热致液晶。
加工试验表明,该共聚酯具有优良的加工流动性,其力学性能、耐热性能及电绝缘性均达到或超过了国外同类产品水平,其中拉伸强度超过600 MPa、热膨胀系数接近于陶瓷的数值,这两项独特性能展示了此液晶共聚酯作为工程塑料所独具的广泛应用前景。
结语甲壳素及10余种衍生物都有液晶性,已形成了天然高分子液晶中主要的一类。
而且由于甲壳素的巨大蕴藏量和衍生途径的多样性,甲壳素类液晶的研究有着重要的科学价值,但目前深入的基础研究还很少,特别是国内的研究只是刚刚起步。
除了进一步研究甲壳素液晶形成的结构因素和液晶结构的产生规律等液晶态基本问题外,还有以下几个方面值得关注: ①有使用价值的热致性甲壳素液晶的研制,含甲壳素液晶的复合材料的开发; ②研究衍生物结构与胆甾相螺距的关系,制备可控螺距范围是材料用于热色显示等; ③液晶膜在分离方面的应用; ④甲壳素在活体组织中的液晶行为。
总之,随着高分子液晶的理论日臻完善,其应用日益广泛,人们不仅开发了大量的高强、高模以及具有显示和信息存储功能的高分子液晶材料,同时还在不断探索在其他领域的应用。
液晶高分子由于其区别于其它高分子材料的流变性能、各向异性以及良好的热稳定性、优异的介电、光学和机械性能,以及它的抗化学试剂能力、低燃烧性和极好的尺寸稳定性可以肯定,作为一门交叉学科,高分子液晶材料科学必将在高性能结构材料,信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面发挥越来越重要的作用[21]。
