高分子液晶材料的应用现状和进展班 级： 08化工一班 专 业： 化学工程与工艺学 号： 20084064027 姓 名： 陈能志 高分子液晶材料的应用现状和进展陈能志指导老师 张帆（吉首大学化学化工学院 湖南吉首 416000） 摘 要：本文简述了高分子液晶材料的研究现状, 介绍了液晶高分子研究的新进展, 并对液晶在各个领域的应用研究和潜在性能进展作了简要的阐述关键词：液晶高分子材料；应用；发展Application status and the Development of Liquid Crystal Polymer MaterialsChen NengzhiTeacher Zhang Fan(College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou Hunan, 416000) Abstract: This paper briefly introducd the application status of liquid crystalline polymer Materials, new researched progress of liquid crystal polymer and indicated the application progress and potential properties of LCD in all fields.Key words: liquid crystalline polymer Materials, application, development高分子液晶是近十几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,作为液晶自增强塑料、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,使得高分子液晶成为当前高分子科学中颇有吸引力的一个研究领域1 应用现状1.1 液晶显示器件的研究与应用现状液晶已被广泛应用到高新技术领域中,在电子工业中作为显示材料,液晶显示与其它显示相比,有低耗能、准确性高、灵敏度高、色调柔和、无X射线、安全可靠的特点, 由于消耗功率极小,一般在 10-100LwP的数量级, 因此不需要庞大的电源就可制造显示面积大而体积小的器件,可实现大屏幕显示,也可制造微型器件液晶已经被广泛地应用到人们的日常生活中,如计算器的显示屏, 笔记本电脑的显示屏, 液晶电视等液晶的应用主要有以下几个方面: 液晶平板显示、生物膜理论、液晶温度传感器、液晶压力传感器,液晶在分析化学中的应用等液晶平板显示是液晶在工业生产中的实际应用,显示技术随着计算机技术的进步而得以迅速发展液晶显示(LCD)在目前的发展过程中扮演着重要的角色所有的信息显示器都是利用控制光的能力,通过控制显示器变亮部分和变暗部分,把信息传递给使用者液晶显示器的早期产品属扭曲向列型(TN-LCD) ,后期产品属超扭曲向列型(STN-LCD)目前广泛应用的LCD产品被称为像素点阵型,它又分为两个类型:无源型和带开关晶体管的有源型。
后者又有多个品种, 其中以非晶硅TFT做有源开关元件类(TFT-LCD)应用最为广泛TFT-LCD的性能明显优STN-LCD,常被称作真彩液晶显示器, 而STV-LCD则被称做伪彩液晶显示器TFT液晶显示器的基本构造是,将上下两块制作有透明电极的玻璃基板平行叠放在一起, 其间隔约为10Lm, 四周用环氧树脂封装,两板之间制作晶轴可连续转向90b的液晶层玻璃基板的外侧处理成偏振方向相互正交的偏光镜板,从偏光镜板一侧射入的光便成为偏振光,光轴与偏振镜的轴向一致射出液晶层的偏振光轴发生90b旋转,与板偏振轴一致,光线得以通过呈亮点；当上下玻璃板加上电压时,液晶分子排列与电场方向一致,旋转特性消失射出液晶层的偏振光与上偏振镜的光轴正交,光线被阻挡呈暗点通过控制外加电压即可控制液晶光点的强弱,最简单的例子是7段数字显示器7段中每一段区域的光是被独立控制的,所以控制不同区域的光,可以实现从 0-9每一个数字的显示;对于14段数字显示器,它可以显示0-9的10个数字和所有的字母可以使用一个5@7的点矩阵获得更精致的显示器,在这里,35个不同区域的光被独立控制,更精致的产生了所有的字母和数字还可以使用更大矩阵的显示器来获得更加清晰的图像;但不管显示器如何复杂,其基本工作原理都是控制显示器的小区域的光。
可以用2种方法来实现:第一,每个区域都具有发光能力,即主动显示,如阴极射线管和发光二极管,常见的有普通电视机,红绿灯等;第二,显示器本身并不发光,而是通过显示器的或被显示器所反射的光的强度来实现显示,即被动显示(液晶显示器就是一种被动显示器)它是利用环境光或者实际显示器的背面或旁边的器件产生光2.1 液晶材料的其他潜在应用2.1.1 人工肌肉Gennes首先提出液晶弹性体作为人工肌肉的设想:通过温度变化使其发生向列相到各相同性态之间的相变,引起弹性体薄膜沿指向矢方向单轴收缩, 因此可以用来模拟肌肉的行为然而其局限性在于液晶弹性体薄膜自身具有的低导热性和导电性, 因而对外界刺激响应比较缓慢对于以上缺陷,可以通过掺杂导热导电物质的方法来提高其响应能力Shenoy等报道了通过液晶弹性体表面涂覆碳涂层,使用红外二极管激光器产生光吸收,从而可以大大缩短反应时间,而且弹性体薄膜的机械性能未受影响2.1.2 纳米机械1973年, Shibayer等首先从理论上预料Sc*相液晶可能具有铁电性,并于同年首次合成了具有铁电能具有铁电性,并于1984年首次合成了具有铁电性的手性液晶聚合物Vallerien小组采用10- 1~ 109Hz的介电谱研究了网络聚合物和线性材料的铁电性,结果证实了在某些具有Sc*相的网络中确实存在铁电性。
Brehmer等合成了第一个毫秒级短开关时间的铁电液晶弹性体通过铁电性液晶弹性体的大的侧向电收缩实现电能转化为机械能,可以改变目前纳米尺寸的制动,主要用某种晶体(如石英)和智能陶瓷中的线性压电效应来实现,但是应变却很小(小于0. 1%)的状况Lehmann等报道了铁电液晶弹性体作为薄膜型液晶纳米器件的研究结果,在硅氧烷主链上含手性侧基和交联度为10%的液晶弹性体在115mVP的电场下表现了垂直电场方向的收缩率为4%的反压电效应与过去所用的偏氟乙烯共聚物同样数量级的电诱导应变需用的电场相比低2个数量级2.1.3 人工智能Yu Yanlei等报道了改变偏振光的波长和方向能使液晶弹性体在不同方向上进行可逆地卷缩和舒展的机械效应,可望用于微米或纳米尺寸的高速操控器,如微型机器人和光学微型镊子2.1.4 形状记忆Rousseau等报道了近晶C型液晶弹性体的形状记忆效应,与传统形状记忆聚合物相比具有恢复精度高(99.1%)、在低温下(-120e)仍保持橡胶结构等优点,可在低于室温条件下应用这种液晶弹性体可以通过不同单体组成复合来定制转变恢复温度2 展望2.1 高分子液晶的合成、表征及性能测试一种新材料的开发,其合成和表征应当是首当其冲的,因此有关这方面的研究特别多。
最近,李自法等就报道了以2,5二(对烷氧基苯甲酰氧基)对苯二酚和不同结构的脂肪二酰氯为单体,采用低温溶液缩聚的方法,合成了一系列新的液晶基元垂直于分子主链的近晶C(Sc)相串型高分子液晶赵雄燕等综述了一种合成嵌段液晶共聚物的新方法——大分子引发剂法这种方法可以使传统的自由基聚合也具有“准活性”聚合的能力, 从而象阴离子聚合一样,也可用来合成预定结构的嵌段共聚物但由自由基聚合对杂质敏感性小,合成简单并易于控制,使得在大分子引发剂法在合成嵌段液晶共聚物领域显示出极好的开发前景2.2 嵌段液晶共聚物的研究由于嵌段共聚物的合成技术有较大的可靠性和预见性,因此能较好地控制诸如序列结构、链段长度及多分散性等重要参数,准确地达到所要求的结构,这样便可根据不同的使用要求进行分子裁剪,设计合成具有特殊性能的高分子材料因此近年有关嵌段液晶共聚物的研究报道逐渐增多,已成为液晶领域研究的热点之一嵌段液晶共聚物除了用作液晶原位复合材料的增容剂,制备高强度、高模量及加工性能优异的高性能结构材料外,还可用于:制备集光电性、液晶性及优异的加工性于一身的高科技光电功能材料;利用嵌段液晶共聚物相转变的平衡特性可进行评估聚合物特殊的物理过程和物理性能;作为半结晶嵌段共聚物还可用来研究总体几何结构与拓扑之间的关系；嵌段液晶共聚物还可用来研究不同的相界面条件及相畴尺寸对液晶相的形成、特性及稳定性的影响。
总之,液晶嵌段共聚物无论是作为高性能材料还是在理论研究方面, 均具有广阔的应用前景和重要的理论研究价值2.3 液晶高分子原位复合材料和分子复合材料液晶高分子与其它高分子的共混物是一类很有生命力和发展前景的材料,它性能优良、价格便宜、品种多样、加工容易,因而深受国内外重视如何将棒状分聚合物分散到柔性链分子基体中,使它们尽可能地达到分子分散的水平,一直是科学家们努力追求的刘孝波等指出,液晶热固性聚合物的研究是近年来液晶聚合物研究课题中出现的一个新型的研究课题它将集液晶特征和热固性聚合物的性质于一体,创造出一类新型的特种热固性高分子材料 液晶环氧树脂为代表的液晶性网络材料是其中重要的一类,它为高性能高分子复合材料的研究开辟了新的途径,从而拓宽了液晶聚合物和通用热固性聚合物的研究参考文献[1] 赵文元,王亦军编著.功能高分子材料.北京:化学工业出版社，2008[2] 谢毓章.液晶物理学. 北京:科学出版社, 1988[3] Yu Yanlei, Makoto Nakano, Tomiki Ikeda. Phtoinduced bending and unbending beharior of liquid- cry -stalline gels and elaston2ers. Pure Appl chem, 2004, 26( 7~ 8) : 1 467~ 1 477 [4] Brehmer M, Zentel R. Ferroelectric liquid- crystalli ne elas 2 tomer s with sho rt swi tching times. Macromolecular Rapid Communica2tions, 1995, 16( 9) : 659~ 662[5] 周其凤, 王新久. 液晶高分子[ M] . 北京: 科学出版社,1994, 7.[6] 李敏,周恩乐,徐纪平. 高分子通报[ J] , 1996, ( 1) : 45～50.[7] 何向东, 贾叙东, 丁霞, 余学海. 高分子学报[ J] , 1996( 3) : 304～309.[8] 李从武, 潘昂.功能高分子学报[ J] , 1993, 6( 2) : 181～190.[9] 李福明, 潘宝荣, 杨玉良. 功能高分子学报[ J] , 1990, 3( 4) : 241～256.[10] 谢萍,张榕本.化学通报[ J] , 1988, ( 10) : 17～21.[11] 宝净生.化学通报[ J] , 1987, ( 8) : 17～23.[12] 李自法,张征,宁超峰, 等.高分子学报[ J] , 1998, ( 4) .[13] 赵雄燕, 陈长青。