第五章--高分子液晶材料PPT文件格式下载.ppt

1、、与常规高分子材料相比：l从结构上看，具有高度有序的从结构上看，具有高度有序的晶相结构晶相结构。l从性质上，具有许多常规高分子材料所不具备的从性质上，具有许多常规高分子材料所不具备的特殊性质特殊性质。如，非线性光学性质、机械和电学性。如，非线性光学性质、机械和电学性能的高各项异性等。能的高各项异性等。4 4、高分子液晶的发展、高分子液晶的发展 1923 1923年提出年提出“高分子液晶高分子液晶”的概念。的概念。高分子液晶获得真正重视和发展是，在国际上高分子液晶获得真正重视和发展是，在国际上2020世纪世纪7070年代，在国内年代，在国内2 20 0世纪世纪8080年代年代。一、高分子液晶的分

2、类与命名一、高分子液晶的分类与命名 高分子液晶的分类方法主要有高分子液晶的分类方法主要有三种，三种，即：即：根据液晶分子结构特征分类；根据形成的液晶形态分类；根据高分子液晶的形成过程分类。1 1、根据聚合物液晶、根据聚合物液晶分子结构分子结构特征分类特征分类 液晶通常由液晶通常由刚性刚性（多由多由芳香芳香和和脂肪型环状结构脂肪型环状结构构成构成）和和柔性柔性（可以自由旋转的可以自由旋转的键键连接起来的饱连接起来的饱和链构成和链构成）两部分组成。两部分组成。高分子液晶根据高分子液晶根据刚性结构刚性结构在分子中的在分子中的相对位相对位置置和和连接次序连接次序，分为，分为主链型高分子液晶主链型高分子

3、液晶（刚性部分刚性部分处于主链上处于主链上）和和侧链型高分子液晶侧链型高分子液晶（刚性部分连接刚性部分连接于主链的侧链上于主链的侧链上）。如果再根据如果再根据刚性部分刚性部分的形状的形状、结合所处位置结合所处位置,还可以分成如下几种类型还可以分成如下几种类型（见表见表5 5-1）-1）。123 12342 2、按液晶的形态分类、按液晶的形态分类 液晶的液晶的相态结构相态结构（晶相晶相）,）,是指液晶分子在形成是指液晶分子在形成液晶相时的液晶相时的空间取向空间取向和和晶体结构晶体结构。液晶的晶相主。液晶的晶相主要有以下三类：要有以下三类：（图图5-15-1所示所示）、向列型晶相液晶、向列型晶相液

4、晶 用符号用符号N N来表示。来表示。在向列型液晶中，液晶分子在向列型液晶中，液晶分子刚性部分之间相互刚性部分之间相互平行排列平行排列，但是其，但是其重心排列无序重心排列无序，只保持着，只保持着一维有一维有序性序性。液晶分子在液晶分子在沿其长轴方向可以相对运动沿其长轴方向可以相对运动，而不，而不影响晶相结构。因此在外力作用下可以非常容易流影响晶相结构。因此在外力作用下可以非常容易流动，是在三种晶相中动，是在三种晶相中流动性最好流动性最好的液晶。的液晶。、近晶型晶相液晶、近晶型晶相液晶 通常用符号通常用符号 S S 来表示，在所有液晶中来表示，在所有液晶中最接近最接近固体结晶结构固体结晶结构。在

5、这类液晶中分子在这类液晶中分子刚性部分刚性部分互相平行排列互相平行排列，并，并构成构成垂直于分子长轴方向垂直于分子长轴方向的层状结构的层状结构。在层内分子可以沿着层面相对运动在层内分子可以沿着层面相对运动，保持其流，保持其流动性；这类液晶具有动性；这类液晶具有二维有序性二维有序性。由于。由于层与层之间层与层之间允许有滑动发生允许有滑动发生，因此这种液晶在其，因此这种液晶在其粘度性质上仍粘度性质上仍存在着各向异性存在着各向异性。根据晶型的细微差别，又可以分成根据晶型的细微差别，又可以分成 S SA A、S SB B、S SC C、S SD D、S SE E、S SF F、S SG G、S SH

6、H、S SI I 等等 9 9个小类。个小类。、胆甾醇型液晶、胆甾醇型液晶 由于这类液晶，许多是由于这类液晶，许多是胆甾醇的衍生物胆甾醇的衍生物，所，所以称之为胆甾醇型液晶。以称之为胆甾醇型液晶。构成液晶的构成液晶的分子基本是扁平型的分子基本是扁平型的，依靠端基，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成的相互作用，彼此平行排列成层状结构层状结构。与近晶型液晶不同，它们的与近晶型液晶不同，它们的长轴与层面平长轴与层面平行行，而不是垂直。在两相邻层之间，由于伸出平，而不是垂直。在两相邻层之间，由于伸出平面外的光学活性基团的作用，分子的长轴取向依面外的光学活性基团的作用，分子的长轴取向依次规则地旋转一定角

7、度，次规则地旋转一定角度，层层旋转层层旋转，构成一个，构成一个螺螺旋面结构旋面结构；分子的长轴取向在旋转；分子的长轴取向在旋转360360度以后复度以后复原，两个取向度相同的最近层间距离称为胆甾醇原，两个取向度相同的最近层间距离称为胆甾醇型液晶的型液晶的螺距螺距。这类液晶具有彩虹般的颜色和很高的旋光本这类液晶具有彩虹般的颜色和很高的旋光本领等领等独特的光学性质独特的光学性质。3 3、根据高分子液晶的形成过程分类、根据高分子液晶的形成过程分类 根据形成液晶的条件根据形成液晶的条件（熔融和溶解熔融和溶解）：溶致型液晶溶致型液晶-液晶分子在溶解过程中液晶分子在溶解过程中,在溶液中在溶液中 达到一定浓

8、度达到一定浓度时形成有序排列，产生各向异时形成有序排列，产生各向异 性特征构成液晶。性特征构成液晶。热致型液晶热致型液晶-三维各向异性的晶体，在加热致三维各向异性的晶体，在加热致 融过程中，融过程中，不完全失去晶体特征不完全失去晶体特征，保持一定，保持一定 有序性构成的液晶。有序性构成的液晶。二、高分子液晶的分子结构与性质二、高分子液晶的分子结构与性质1 1、高分子液晶的典型结构、高分子液晶的典型结构 高分子液晶的结构是高分子液晶的结构是,由通常呈现近似棒状或片由通常呈现近似棒状或片状的状的刚性部分刚性部分和连接刚性部分之间的和连接刚性部分之间的柔性链柔性链组成。组成。刚性部分刚性部分通常呈现

9、近似通常呈现近似棒状棒状或或片状片状，这是液晶，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。分子在液态下维持某种有序排列所必须的结构因素。刚性结构刚性结构通常由通常由两个苯环、或者脂肪环、或者两个苯环、或者脂肪环、或者芳香杂环芳香杂环，通过一个，通过一个刚性连接部件刚性连接部件xx连接组成连接组成（如如下图所示下图所示）。其中，其中，刚性连接结构刚性连接结构能够阻止两个环的旋转。能够阻止两个环的旋转。刚性连接部件包括常见的刚性连接部件包括常见的亚胺基亚胺基（-（-C=N-）C=N-）、偶氮基偶氮基（-（-N NN-）N-）、氧化偶氮基氧化偶氮基（-（-NONON-）N-）、酯基酯基（

10、-（-COO-）COO-）和反和反式乙烯基式乙烯基（-（-C CC-）C-）等等。端基端基R R或或R R1 1可以是各种极性或非极性基因。可以是各种极性或非极性基因。在表在表5 52 2中给出液晶分子中比较重要的常见结中给出液晶分子中比较重要的常见结构部件的化学结构。构部件的化学结构。构。2 2、影响聚合物液晶形态与性能的因素、影响聚合物液晶形态与性能的因素 、内在因素、内在因素 内在因素为内在因素为分子组成分子组成、分子结构分子结构和和分子间力分子间力。在在热致型液晶热致型液晶中，对晶相和性质影响最大的是中，对晶相和性质影响最大的是分子构型和分子间力。分子构型和分子间力。分子间力大分子间力

11、大和和分子规整度高分子规整度高,虽然有利于液晶形成，但是虽然有利于液晶形成，但是相转变温度相转变温度也会因为分也会因为分子间力的提高而提高，使液晶形成温度提高子间力的提高而提高，使液晶形成温度提高,不利不利于液晶的加工和使用。于液晶的加工和使用。溶致型液晶溶致型液晶，由于是在溶液中形成的，由于是在溶液中形成的,不存在上不存在上述问题述问题。若。若刚性体刚性体呈呈棒状棒状,易于生成易于生成向列型或近晶型向列型或近晶型液晶；刚性体呈片状，有利于胆甾醇型或盘型液晶液晶；刚性体呈片状，有利于胆甾醇型或盘型液晶的形成。的形成。另外，另外，聚合物骨架聚合物骨架 、柔性链的长度和体积、刚、柔性链的长度和体积

12、、刚性体上的取代基等性体上的取代基等，对聚合物液晶形态与性能都有，对聚合物液晶形态与性能都有影响。影响。、外在因素、外在因素 外在因素主要包括外在因素主要包括环境温度环境温度和和环境组成环境组成（包括溶包括溶剂组成剂组成）。对于对于热致型液晶热致型液晶,最主要的影响因素是最主要的影响因素是温度温度。足足够高的温度是发生相转变过程的必要条件够高的温度是发生相转变过程的必要条件。施加一。施加一定电场或磁场力，有时对液晶的形成是必要的。定电场或磁场力，有时对液晶的形成是必要的。对于溶致型液晶，除了上述因素之外，溶剂与对于溶致型液晶，除了上述因素之外，溶剂与液晶分子之间的作用也起非常重要的作用。液晶分

13、子之间的作用也起非常重要的作用。溶剂的溶剂的结构和极性结构和极性，决定了与液晶分子间的亲和力，进而，决定了与液晶分子间的亲和力，进而影响液晶分子在溶液中的构象，能直接影响液晶的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。形态和稳定性。在表在表5-35-3中给出了部分常见高分子液晶的分子结中给出了部分常见高分子液晶的分子结构和相应的参考文献。构和相应的参考文献。在表在表5-35-3中给出了部分常见高分子液晶的分子中给出了部分常见高分子液晶的分子结构和相应的参考文献。结构和相应的参考文献。（下接续表）（下接续表）1233455第二节第二节 高分子液晶的性能分析与合成方法高分子液晶的性

14、能分析与合成方法 一、溶致型侧链高分子液晶一、溶致型侧链高分子液晶u溶致型液晶分子溶致型液晶分子（小分子液晶小分子液晶）的结构的结构 溶致型液晶是，液晶分子在另外一种分子体系溶致型液晶是，液晶分子在另外一种分子体系中进行的有序排列。为了有利于液晶相在溶液中形中进行的有序排列。为了有利于液晶相在溶液中形成，在溶致型液晶分子中一般都含有成，在溶致型液晶分子中一般都含有双亲活性结构双亲活性结构，即结构的一端呈现亲水性，另即结构的一端呈现亲水性，另端呈现亲油性。端呈现亲油性。u溶致型液晶溶致型液晶（小分子小分子液晶液晶）的形成过程的形成过程 在溶液中，当液晶分子浓度达到一定浓度时在溶液中，当液晶分子浓度达到一定浓度时,两两亲性液晶分子可以在溶液中聚集成亲性液晶分子可以在溶液中聚集成胶囊胶囊,构成油包水构成油包水或水包油结构；或水包油结构；当液晶分子浓度进一步增大时，当液晶分子浓度进一步增大时，分子进一步聚分子进一步聚集集，形成排列有序的，形成排列有序的液