高分子液晶

物质的液晶态 　　物质的存在形式除人们熟悉的液态、晶态和气态以外，还有等离子态、无定形固态、起导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性而仍保留取向有序性，它即处于液晶态。液晶态与晶态的区别在于它部分缺乏或完全没有平移有序性，而与液态的区别则在于它仍存在一定的取向有序性。

液晶态的形成 据统计，在全部的有机物中，能形成液晶态的分子大约占5％。一般来说，可以形成液晶态的分子要满足以下三个条件。 分子具有不对称的几何形状。如细长棒状、平板状或盘状。 分子要有一定的刚性。如含有多重键、苯环等刚性基团。 分子之间要有适当大小的作用力以维持分子的有序排列。为此要求液晶分子含有极性或易于极化的基团。

液晶分子的结构 小分子液晶化合物一般可用下式表示： 式中长方框表示分子中的刚性环状结构，如1，4—苯基、2，6—茶环、1，4—环已基等；X和Y为刚性基团上的取代基，可为烷基、烷氧基、硝基、卤素等；L为两环之间的连接基，可以为酯基、酰胺基、偶氮基、氧化偶氮基、反式乙烯基等；环与环之间还可直接相连，如联苯、三联苯等

高分子液晶 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子。 形成液晶相结构的棒状小分子作为高分子结构单元的一部分同其它分子链段共同组成高分子链，那这种高分子就有可能呈现液晶状态。在高分子液晶中把这种具有一定长径比的结构单元称为“液晶基元”。液晶基元可以位于在高分子链的不同位置。

液晶高分子分类 根据液晶基元在高分子中的位置，可以将液晶高分子分为两类： 主链为柔性分子链，侧链带有液晶基元的高分子称为侧链型液晶高分子 液晶基元位于聚合物主链上时称为主链型液晶高分子 根据液晶的生成条件，也可把它分为两类，把物质溶解在溶剂中所形成的液晶叫做溶致液晶，而把加热到其熔点或玻璃化温度以上形成的液晶称为热致液晶。

液晶高分子的结构类型 液晶有三种不同的结构类型：近晶型、向列型和胆甾型， 近晶型结构 向列型结构 胆甾型结构

液晶高分子的近晶型结构 近晶型液晶中，液晶基元相互平行 排列成层状结构，其轴向与层片平 面垂直。层内棒状结构的排列保持 着大量的二维固体有序性。棒状结构在层内可以移动，但不能来往于层间。因此，不能发生垂直于层片方向的流动，而片层之间可以相互滑移。

液晶高分子的向列型结构 向列型液晶中，液晶基元仅仅是彼此平行排列，不形成层状，它们的重心排列是无序的，只保留固体的一维有 序性，液晶基元可以沿其轴向移动。

液晶高分子的胆甾型结构 胆甾型液晶的名称来源于一些胆甾醇衍生物所形成的液晶态结构。实际上，许多同胆甾醇无关的其它分子也可呈这种形态。在这类液晶中，液晶基元彼此平行排列成层状络构，但同近晶型结构不同，其轴 向在层面上，层内各基元之间的排列同向列型相类似，重心是无序排布的，相邻的层与层之间，基元的轴向取向规则地依次扭曲一定的角度，层层累加而形成螺旋面结构，因而有极高的旋光性。

高分子液晶的研究 液晶高分子将高分子量和液晶相序有机地结合使其具有一些优异特性。例如，它可以有很高的强度和模量，或很小的热涨系数，或优秀的电光性质等。 研究和开发液晶高分子，不仅可提供新的高性能材料并导致技术进步和新技术的发生，而且可促进分子工程学、合成化学、高分子物理学、高分子加工以及高分子应用技术的发展。此外，由于许多生命现象与物质的液晶态相关，对高分子液晶态的研究也有助于对生命现象的理解并可能导致有重要意义的新医药材料和医疗技术的发现。因此，研究液晶高分子具有重要意义。

通用高分子的液晶化改性 对通用高分子进行液晶化改性，既可以提高通用高分子材料的使用性质，也有利于降低成本。热致性液晶高分子的最早发现．就是利用线形刚性结构对羟基苯甲酸(HBA)对通用高分子PET改性的结果。因此，通用高分子的液晶化改性很早就受到了重视，所涉及的通用高分子品种也从PET发展到聚酰胺和聚碳酸酯等其他品种。

通用高分子的液晶化改性 例如有人合成了具有液晶性的环氧树脂，发现将该树脂加入普通环氧树脂(ER)中熔融共混，可明显提高材料的性能。当液晶树脂含量为4％时，拉伸强度由ER的22MPa提高到42MPa，冲击强度由1．42kg·cm／cm提高到3．96k8·cm／cm；加入适当增容剂，性能还可进一步提高。

液晶高分子复合材料 已知利用直径为数微米或更粗的玻璃纤维、碳纤维等宏观纤维为增强剂，以热塑性聚合物为基体树脂，可以制成具有很高强度和模量的复合材料；且纤维的直径越小、长径比越高，增强效果越显著。液晶高分子纤维(如芳纶)有很高的强度和模量，同样可以用作高性能复合材料增强剂。此外，利用热致性液晶高分子(TLCP)熔体在加工过程中能够生成亚微米级微纤的性质，可以将它与热塑性树脂共混，所得共混物经熔融挤塑或注塑等过程加工而成的材料即含有TLCP增强微纤。

液晶高分子复合材料 由于TLCP与热塑性树脂通常是不相容的，两相间的黏结差，使应力不能有效地从基体树脂向作为增强剂的TLCP微纤传送，从而限制了TLCP的增强效果。TLCP与热塑性树脂的相容性可通过添加第三组分得到改善。比如有人发现，轻度磁化的聚苯乙烯锌盐(SPS)既与某聚酯型TLCP部分相容，也与聚砜(PSF)部分相容。以SPS为增容剂可以明显改善TLCP与PSF的相容性。以2％SPS增容的TLCP/PSF(20/80)共混物与不含SPS的共混物相比，相界面结构得到明显改善，材料的拉伸强度提高了约70％，拉伸模量提高了约30％。

光学非线性液晶高分子 当一束波长为1.06μm的近红外线激光通过一块适当放置的非线性光学介质后，将会发现出射光除了1.06μm的红外线外，还有0.53μm的绿色光。这个使入射光频率增大一倍的现象就是光倍频现象，而能产生光倍频现象的介质则称为非线性光学介质。非线性光学效应除光倍频外，还有泡克耳效应、克尔效应、三倍频和四波混频现象等。

光学非线性液晶高分子 有人以腰接和端接两种方式将非线性光学活性基团挂接到梯形聚硅氧烷主链上，制得了具有非线性光学活性的梯形高分子。与挂接同类活性基团的单链高分子相比，前者具有高得多的抗衰减稳定性，80℃、120h的老化实验表明，梯形高分子极化膜的取向因子的保留值相当于相应的单链高分子极化膜的2倍。梯形高分子的上述性能优势可能与其较高的分子链刚性有关。

液晶/高分子复合体系 液晶/高分子复合体系大致包括以液晶粒子为分散相、以聚合物为基体连续相的“聚合物分散液晶(PDLC)”或称“聚合物包埋液晶”，和以液晶为连续相并以少量(10％或更少)溶涨于液晶中的高分子为稳定剂的“聚合物稳定液晶(PSLCP)”两大类型。这些材料的优点是既保持了小分子液晶在外场下响应迅速的性质，又利用高分子成膜性好和易于加工等性能使液晶的应用领域得到了扩展。

液晶/高分子复合体系 人们将这一些理论成果应用于聚合物分散液晶(PDLC)材料的制备，可以优化配方和制备条件达到最佳效果。比如，采取合适的相分离条件既可以控制液晶在聚合物连续相中的含量，使连续相与液晶粒子的折射率达到完美的匹配，又可以实现液晶粒子在连续相中的均匀分布等。据此，有人制得了电光性能优秀而稳定的PDLC．它是制作显示器件的理想材料。

其他电光功能性液晶高分子 液晶高分子作为电光功能性材料用途很广，而具有电光功能性质的液晶高分子的种类也很多。我国对这类材料自1988年起即开始了手性液晶高分子的研究，发现含液晶基元和非液晶基元的侧链型手性液晶高分子的液晶相黏度和对外加电场的响应可通过共聚组分比调节；通过外电场下预取向单体的光聚合反应，可直接获得高度取向的液晶聚合物膜；研究所得的一些玻璃/液晶纳米复合材料在电场下的响应速度已达百毫秒量级。

Thanks for attention

侧链型液晶高分子 液晶基元可同主链直接相连(a)，也可以通道柔性链段相连(b) (a) (b) 返回

主链型液晶高分子 液晶基元之间可由化学键相连，这时整个高分子是完全刚性的可把整个高分子链看成是一个长径比非常大的液晶基元(c)，另一种主链液晶高分子的液晶基元之间则由柔性链段相连接(d)． (c) (d) 返回