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1、液晶态 (Liquid Crystal) 6.7 液晶态结构 Liquid Crystal o液晶态是物质的一种存在形态, 它具有晶体的 光学各向异性, 又具有液体的流动性质, 又称 之为介晶态 6.7.1 液晶聚合物的结构与性能 o一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后， 表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但结 构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序 排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡 状态，这种中间状态称为液晶态。其所处状态的 物质称为液晶。 o液晶有小分子液晶和高分子液晶, 液晶高分子具 有高强度、高模量、高流动性 6.7.2 液晶的发展历史 o1888年, 奥地利植物
2、学家F. Reinitzer观察到胆甾醇 酯具有双熔点现象, 而且从升温和降温到这两个熔 点之间呈现出不同的光学各向异性 o德国物理学家O. Lehmann对其进行深入研究, 并发 明了光学显微镜热台和偏光显微镜, 初步阐明了其 结构变化. o1960s，美国杜邦公司(Du Ponts)先后推出了PBA (聚苯甲酰胺)及Kevelar纤维(PPTA, 聚对苯二甲酰 对苯二胺)，标志了液晶研究的工业化发展的开始 Pierre-Gilles de Gennes (1932- The Nobel Prize in Physics 1991 for discovering that methods d
3、eveloped for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid crystals and polymers France 6.7.3 液晶的化学结构与分类 o不论高分子还是小分子液晶，形成有序流体都 必须具备一定条件，从结构上讲，称其为液晶 基元 o液晶基元包括棒状(条状)、盘状或双亲性分子 n棒状(或条状) 长径比大于4 n盘状 轴比小于1/4 n双亲性分子 有特殊的相互作用力 MBBA C22
4、oN47oI 2.5nm 0.5nm 5CB C18oN36oI 2nm 描述液晶有序性序参数S o液晶分子具有沿某一方向的取向，这个 方向一般称为指向矢n 液晶高分子链结构的特征与分类 1) 结构特征: S: 刚性核或液晶基元或介晶基元 其中常常包含几个芳环(对位取代)，彼此间由刚性 联结基团(桥)如 联结环系统还可以是萘基(naphthyl)、联苯(biphenyl) 和环己烷(cyclohexyl)等 ：芳环上的取代基，如 -Cl、-Br、-CH3、-OCH 3、 苯基、n烷基等。 液晶基元 (Mesogenic unit) 棒状(或条状): 长径比大于4 双亲性分子 盘状: 轴比小于1
5、/4 ：连接单元，把刚性核与柔性链段联结起来的单元 ， 如酯、醚、酰胺、亚胺、氨基甲酸酯、碳酸酯等 。 D ：柔性间隔链(spacers):如亚甲基链、硅氧链、手性 亚胺链等。 刚性主链液晶高分子中没有柔性间隔链段D. 液晶的分类 o按液晶基元所在位置分： n主链液晶 n侧链液晶 n主侧链液晶 主链液晶高分子 侧链液晶高分子 主链液晶高分子 聚酰胺类、聚酯类、聚醚类、聚噻唑类、聚噁唑类、 聚对二甲苯类、羟丙基纤维素类 交叉型主链液晶高分子 正交型 软盘型 侧链型液晶高分子 聚丙烯酸酯类、聚烯烃类、聚二甲基硅氧烷类、聚异氰酸酯类等 主侧链液晶高分子 按液晶形成的条件分类 o溶致液晶： n液晶物质
6、溶于溶剂所得到的液晶 n核酸，蛋白质，芳族聚酰胺PBT, PPTA (Kevlar) 和聚芳杂环PBZT, PBO o热致液晶： n液晶物质加热熔融形成的液晶 n共聚酯， 聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum 热致液晶 晶态液晶态 各向同性液体 晶态 各向同性液体 液晶态 冷却 冷却 Tcl: clearing Ti: isotropic 互变 (enantiotropic)热致液晶 单变(monotropic)液晶 按微区中分子排列状态分类 近晶型 Smectic向列型 Nematic 胆甾型 Cholesteric 盘型 (Discotic) 宏观液晶中的微区(畴) 1: 1/
7、2; 2: -1; 3和4: +1; 5: 1/2 光学织构 SC N N SA SA 胆甾型 SE SA SC 反 转 壁 聚酯向列型液晶 的纹影织构 Characterization of liquid crystal polymer 液晶的表征 液晶的表征 Polarized-light microscopy 偏光显微镜 XRD - X-ray diffraction X射线衍射 DSC Differential scanning clarometry 示差扫描量热法 液晶的应用 液晶原位增强 液晶纺丝：在低牵伸倍数下获得高度取 向、高性能纤维。 液晶显示 LCD- Liquid crystal display 液晶的应用 o液晶原位增强聚合 o液晶显示 LCD- Liquid crystal display o液晶纺丝： n在低牵伸倍数下获得高度取向、高性能纤维 溶致液晶 PPTA/浓H2SO4的粘度-浓度关系 (20，MPPTA=29700) PPTA/浓H2SO4的粘度-温度关系 (c=9.7%，MPPTA=29700) 聚对苯二甲酰对苯二胺浓硫酸液晶纺丝工艺窗口 LCP/非LCP共混体系： 原位复合材料(in situ composites) 照相机快门板 接插件耳机部件
