液晶高分子材料 •液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征 •液晶态的特点是分子具有沿着某一个方向取向这个方向一般叫指向矢(n) •分子在液态排列没有取向优势而在结晶态分子排列非常有序几乎没有自由活动空间液晶态中分子介于液态和晶态之间的状态，又称为介晶态•另外，从无序的各向同性态到长程有序的晶态之间的液晶态丰富多彩描述其特征采用了键取向有序和分子位置(近程)有序 液晶中的有序类型 •基本的液晶基元•形成液晶的物质通常具有刚性的分子结构,同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必需的结构因素,这种结构特征常常与分子中含有对位苯基、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系 •大多数液晶物质是由棒状或长条状分子构成的,其分子结构常常具有2 个显著特征,一是分子的几何形状具有不对称性,即有大的长径比二是分子间具有各向异性的相互作用多数液晶物质由3部分构成:由2 个或多个芳香环或其他环状结构组成的核,核间有一个桥键—X —分子的两端具有较柔顺的极性或可极化的基团, 如—COOR —,—CN , —NO2 , —NH2 等。
分子的中间部分即由核和桥键组成的部分称为液晶基元 •基本的热致液晶分子一般具有刚性的棒状、盘状、板状等几何形状凝聚在一起，由于不对称的分子间作用力，形成取向排列 •当分子以氢键或其它分子间弱相互作用形成分子以上的聚集体也具有特殊几何形状，或不同类型的液晶分子组合，也可以形成液晶态 分类•第一种分类法——热致液晶和溶致液晶•1、 按液晶形成的条件，可将液晶分为热致性和溶致性两类•(1)热致液晶 通过加热而呈现液晶态的物质称为热致液晶，多数液晶是热致液晶•(2)溶致液晶 因加入溶剂(在某一浓度范围内)而呈现液晶态的物质称为溶致液晶 •溶致性液晶又分为两类，第一类是双亲分子(如脂肪酸盐、离子型和非离子型表面活性剂以及类脂等)与极性溶剂组成的二元或多元体系，其液晶相态可分为层状相、立方相和六方相等三种；第二类是非双亲刚棒状分子(如多肽、核酸及病毒等天然高分子和聚对二甲酰对苯二胺等合成高分子)的溶液它们的液晶态可分为向列相、近晶相和胆甾甾相三种 •此外，在外场(如压力、流场、电场、磁场和光场等)作用下进入液晶态的物质称为感应液晶例如，聚乙烯在某一高压下出现液晶态称为压致液晶，聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肪在施加流动场后呈现液晶态是典型的流致液晶。
•2．第二种分类法——向列相、近晶相和胆甾甾相 • 大多数热致液晶和刚棒状溶致液晶，按其液晶相态有序性的不同可分为向列相、近晶相和胆甾甾相三类•(1)向列相 大多数液晶是棒状分子在向列相中，棒状分子彼此平行排列，仅具有一维有序，沿指向矢方向的取向有序，但分子的重心排布无序，在这三类液晶中仅向列相没有平移有序，它的有序度最低，粘度也小 •(2)近晶相；按惯例，近晶相的分类j根据发现年代前后而命名为A，B………的至今排列到Q相，共17种亚相，记为SA，SB……SQ相，还有Sc*，SI*，SF*，SJ*，SG*，SK*，SH*，SM*，SO*等九种具有铁电性的手征近晶相和反铁电相SCA*，约27种亚相，以SA及Sc相较常见. 在这三类相态中以近晶相的结构最接近晶体结构，故有“近晶”相这个名称 •这类液晶除了沿指向矢方向的取向有序以外，还有沿某一方向的平移有序在近晶相，棒状分子平行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层状结构的平面在层内分子的排列具有二维有序性分子可在本层运动，但不能来往于各层之间，因此层片之间可以相互滑移，但垂直于层片方向的流动却很困难，这导致近晶相的粘度比向列相大 •(3) 胆甾甾相 因这类液晶物质中有许多是胆甾甾醇衍生物，故有此名，但有更多的胆甾甾相液晶并不含胆甾甾醇结构。
胆甾甾相液晶都具有不对称碳原子，分子本身不具有镜象对称性，它种手征性液晶在胆甾甾相中，呈长而扁平形状的分子排列成层，层内分子互相平行，分子的长轴平行于层平面，不同层分子分子长轴的方向有变化，沿层的法线方向排列成螺旋状结构，胆甾甾相与向列相的区别是前者有层状结构胆甾甾相与近晶相的区别是它有螺旋状结构 液晶态有序排列次序分类 表征•高分子液晶材料表征的重点是：是否存在液晶态；何种相态类型和相变温度常用方法有以下三种•热台偏光显微镜(POM)法 •示差扫描量热法(DSC法) •x射线衍射法 •热台偏光显微镜(POM)法• 它是表征新液晶物质最常用、简单和首选的方法根据液晶的定义，若观察到某物质有流动性(或剪切流动性)和光学各向异性(在POM下有双折射现象，可观察到各种彩色光学图案，又称“织构”，“纹理”或“组织”)则可确认存在液晶态和具有液晶性(SD相和蓝相例外)通过观察“织构”和温度的变化可以记录该物质的软化温度或熔点、液晶态的清亮点和各液晶相区的转变温度从“织构”可判断该液晶的相态类型， 向列液晶态典型的纹影织构(schlieren texture). 暗区叫黑刷子.代表分子平行或垂直偏振方向排列 a近晶A 完整扇形焦锥织构, b近晶B 完整扇形焦锥织构, c近晶C 在A C 转变中的破碎扇形焦锥织构,d 近晶C 在A C 转变结束的破碎扇形焦锥织构 •示差扫描量热法(DSC法) •DSC法用途之一是为液晶高分子材料提供相转变温度数据。
• DSC法用途之二是根据曲线图上各转变点的热熔值可判断液晶的类型近晶相的有序性最高，故热焓值最高，约为6．3—21kJ／mol向列相液晶的热焓值较低，约为13—3．6 kJ／mol胆甾甾相液晶的层片内结构类似于向列相，放其热焓值也与向列相液晶的相似 •x射线衍射法•x射线衍射法是鉴别三维有序结构的最有力手段之一，用它来判断液晶相的类型也十分有效，其作用是POM和DSC法所不能代替的近晶相液晶的衍射图呈现一个窄的内环(2θ＝2)和一个或多个外环内环反映了近晶相液晶的分子层距，外环反映了分子横向堆砌的有序程度高度有序的高分子近晶相液晶的确认还须辅以其他手段如穆斯堡效应实验等向列相液晶的衍射图的内环是弥散的图象，外环是一个2θ≈20这表示它没有薄层结构，且横向排列是长程无序的 •此外，相溶性判别法、透射电镜、电子衍射法、红外光谱法、NMR法、小角中子衍射法也是研究高分子液晶相态的重要方法 •液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子,与其它高分子材料相比，液晶高分子有液晶相所特有的取向序和位置序；与普通低分子液晶化合物相比，液晶高分子又具有高分子化合物的结构和功能特性，如具有高分子量等。
高分子化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以鲜明的个性和特色，以高强度、高模量、低热膨胀率、耐辐射和化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域在机械、电子、航空航天等领域的应用已崭露头角,目前正向生命科学、信息科学、环境科学蔓延渗透,并将波及其它科技领域 液晶聚合物分子模型 •高分子液晶融合了聚合物和小分子液晶,聚合物的链段上含有小分子液晶的化学结构,能表现液晶的性质,同时还兼有聚合物的其它性质.主要应用领域是:(1)利用聚合物的优异使用性能,提高液晶使用的方便性.(2)利用液晶的流动性质和组装能力,加工聚合物(结构材料和新功能材料) •液晶高分子的分类液晶高分子的分类•按照液晶相液晶高分子可分为:•(1) 向列型液晶,液晶分子刚性部分平行排列,重心排列无序,保持一维有序性,液晶分子沿其长轴方向可移动,不影响晶相结构,是流动性最好的液晶•(2) 近晶型液晶,在所有液晶中近固体晶体而得名分子刚性部分平行排列,构成垂直于分子长轴方向的层状结构,具二维有序性•(3) 胆甾型液晶,构成液晶的分子是扁平型的,依靠端基的相互作用平行排列成层状结构,但它们的长轴与层面平行而不是垂直。
在相邻两层之间,由于伸出平面外的光学活性基团的作用,分子长轴取向依次规则地旋转一定角度,层层旋转构成螺旋结构此类液晶可使反射的白光发生色散而呈现彩虹般颜色 •按照分子中液晶基元的位置可把液晶高分子分为:•(1) 主链型液晶高分子,液晶基元在高分子主链上,如kevlar 纤维•(2) 侧链型液晶高分子,液晶基元通过柔性链与主链相连,大多数功能性液晶高分子属于类 •根据形成方式的不同又可以分成热致型液晶和溶致型液晶 •还可以分为天然高分子液晶和新型液晶高分子天然高分子在特定条件下表现为液晶态,如烟花草病毒、多肽、蛋白质、核酸、细胞膜和纤维素等都属于天然高分子液晶新型液晶高分子又包括甲壳型液晶高分子和树枝状液晶高分子 •液晶高分子的特性液晶高分子的特性•1 取向方向的高拉伸强度和高模量•与柔性链高分子比较,分子主链或侧链带有介晶基元的LCP ,最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向实验研究表明,LCP 处于液晶态时,无论是熔体还是溶液,都具有一定的取向度LCP 液体流经喷丝孔、模口、流道的时候,即使在很低剪切速率下获得的取向,在大多数情况下,不再进行后拉伸,就能达到一般柔性链高分子经过后拉伸的分子取向度。
因而即使不添加增强材料也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度,表现出高强度高模量的特性如Kevlar 的比强度和比模量均达到钢的10 倍 •2 耐热性突出•由于LCP 的介晶基元大多由芳环构成,其耐热性相对比较突出如Xydar 的熔点为421 ℃,空气中的分解温度达到560 ℃,其热变形温度也可达350 ℃,明显高于绝大多数塑料此外LCP 还有很高的锡焊耐热性,如Ekonol 的锡焊耐热性为300～340 ℃/ 60s •3 热膨胀因数很低•由于取向度高,LCP 在其流动方向的膨胀因数要比普通工程塑料低一个数量级,达到一般金属的水平,甚至出现负值,这样LCP 在加工成型过程中不收缩或收缩很低,保证了制品尺寸的精确和稳定 •4 阻燃性优异•LCP 分子链由大量芳香环所构成,除了含有酰肼键的纤维外,都特别难以燃烧,燃烧后炭化,表示聚合物耐燃烧性指标—极限氧指数(LOI) 相当高,如Kevlar 在火焰中有很好的尺寸稳定性,若在其中添加少量磷等,LCP 的LOI 值可达40 以上 •5 电性能和成型加工性优异•LCP 绝缘强度高和介电常数低,而且两者都很少随温度的变化而变化,并导热和导电性能低,其体积电阻一般可高达1013Ω·m ,抗电弧性也较高。
另外LCP的熔体粘度随剪切速率的增加而下降,流动性能好,成型压力低,因此可用普通的塑料加工设备来注射或挤出成型,所得成品的尺寸很精确 •此外,LCP 具有高抗冲性和抗弯模量,蠕变性能很低,其致密的结构使其在很宽的温度范围内不溶于一般的有机溶剂和酸碱,具有突出的耐化学腐蚀性当然,LCP 尚存在制品的机械性能各向异性、接缝强度低、价格相对较高等缺点,这些都有待于进一步的改进 主链液晶聚合物分子•主链型液晶高分子是刚性液晶基元位于主链之中的液晶高分子分为热致和溶致型两类 主链液晶聚合物分子模型 •1.溶致型主链液晶高分子•溶致型主链液晶高分子主链中有刚性结构,它的分子溶解在溶液中,达到一定浓度后,高分子主链在溶液中呈有序排列,具有晶体性能为了使液晶相在溶液中容易形成,溶致型液晶高分子中一般都会有双亲活性结构在溶液中当液晶分子的浓度达到一定时,双亲性分子可在溶液中形成胶束,形成油包水或水包油的胶束结构当液晶分子浓度进一步增加时,双亲性分子便可聚集形成排列有序的液晶结构溶致型主链高分子主链上液晶基元一般含有芳环和杂环结构,可用于制造高强度及高模量的高分子纤维和膜材料 •溶致性主链型液晶高分子的分子设计• 溶致性主链型液晶高分子又可分为天然的(如多肽、核酸、蛋白质、病毒和纤维素衍生物等)和人工合成的两类。
前者的溶剂一般是水或极性溶剂；后者的主要代表是芳族聚酰胺和聚芳杂环，其溶剂是强质子酸或对质子惰性的酰胺类溶剂，并且添加少量氯化锂或氯化钙这类溶液出现液晶态态条件是：①聚合物的浓度高于临界值；②聚合物的分子量高于临界值；③溶液的温度低于临界值 •溶致性主链型液晶高分子的介晶基元通常由环状结构和桥键两部分所组成•常见的环状结构如下： •常见的桥键如下 •热致型主链液晶高分子•热致型液晶高分子的刚性结构即液晶基元在聚合物主链上,这些液晶基元多是芳烃和杂环结构的化合物热致液晶是指高分子在熔化成熔融态时,分子的刚性链仍保持按一定规律排列刚性分子热稳定性高,有利于高分子的有序排列,但若刚性太大,则很难使其在低于分解温度下熔化降低这一类液晶的熔点是分子设计的主要任务热致型主链高分子液晶制得的材料制品,最大特点是机械性能好,拉伸强度高,热稳定性好,线性热膨胀系数小,适于制造精确度要求高的制品另外,这种液晶透气性低,有良好的抗水解和耐有机溶剂的能力 •主要代表是共聚酯•由于均聚酯(如聚对羟基苯甲酸或聚对苯二甲酸对苯二酚酯)的分子结构的规整性和链刚性，它们具有高结晶度和高熔点，不能在热分解温度以下生成液晶相，分子的设计目的就是通过共聚改性降低分子链的有序性，从而降低结晶度和熔点． •常用方法有7种。
• (1）引入取代基 若在苯环中引入取代基，就破坏了垂直于棒状分子链轴的对称平面，使分子链在晶体中的密堆砌效率降低，从而降低了分子链的刚性，结晶度和熔点，就可以在分解温度以下观察到液晶态，并能对其熔体进行加工成型和应用•(2)引入异种刚性成分 •(3)引入刚性扭曲成分 即将邻位，间位取代亚苯基或2，7—亚萘基嵌入结构单元，使高分子主链不在一条直线上．从而降低了链的刚性、结晶能力和熔点，有利于在热分解温度以下观察到液晶态•(4)引入柔性扭曲成分 •(5)引入“侧步”结构 引入的2，6—萘环结构可使介晶基元在分子长轴方向上的走向发生“侧步”平移，井在分子链中引入曲轴式运动，从而降低分子链的刚性，•(6)引入柔性间隔基• •(7)改变结构单元的连接方式 头—头连接和顺式连接使分子链刚性增加，清亮点较高头—尾连接和反式连接使分子链柔性增加，则清亮点降低主链液晶聚合物缺陷的分子模型 代表性的主链液晶高分子 •聚芳酰胺•1、聚苯甲酰胺(PBA) 2、聚对苯二甲酰对苯二胺(PPDT或PPTA) •聚芳杂环•1．聚苯并塞唑(PBZT) •2．聚苯并偶唑(PBO) •聚芳酯 •1．I型 •2．Ⅱ型 •3．Ⅲ型 •其他主链型液晶高分子•天然的有多肽、核酸、蛋白质、病毒、大部分纤维素衍生物(如羧丙基纤维素)和甲壳素等。
•人工合成的如聚对苯二酰阱为代表的聚芳酰阱类，聚(对苯二甲酰对氨基苯甲酰阱)为代表的聚芳酰胺-酰阱类硅酸盐的乙酸水溶液形成胆甾液晶态某些嵌段共聚酯(如环己基酯齐聚物与芳香酯齐聚物的嵌段共聚物)可形成溶致液晶由甲基—l，4—对苯二胺和对苯二甲醛所得聚甲亚胺在硫酸中形成向列相液晶聚胩，例如聚(异氰化辛烷)在氯仿中呈现液晶态聚异氰酸酯，当R为C6—C12基团时可形成溶致液晶聚有机磷脂，例如聚苯二甲氧磷晴在甲苯中形成溶致液晶由反式二(3—正丁基腆)二氯代铂与二炔缩合所得含有金属的聚炔烃在甲苯中形成向列相 •其他热致性主链型液晶高分子•如含有偶氮苯、氧化偶氮苯、苄连氮、甲亚胺、炔或烯类不饱和链等桥键的聚酯、聚醚、聚酮、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚β--硫酯以及聚烃聚甲亚胺、聚对二甲苯、聚膦晴、聚二甲基硅氧烷、聚塞吩酯和沥青等 •兼有溶致和热致性的主链型液晶高分子• 包括聚芳酰胺、聚芳酯、纤维素衍生物、聚芳醚、聚烃、有机金属聚合物和嵌段共聚物等七类 •含盘状介晶基元主链型液晶高分子•构成液晶的基元多为扁平盘子状称为盘状液晶态的物质. 能形成盘状介晶态的物质均具有相同的分子形状． •盘状介晶基因构成的主链型高分子 •主链型席夫碱(甲亚胺)液晶聚醚•均聚醚的结构式如下 •E---M类席夫碱均聚醚符合如下通式 •九类席夫碱共聚醚的通式为： 侧链液晶高分子 •侧链液晶高分子(SCLCP)是液晶基元位于高分子侧链的一类液晶高分子，该类液晶高分子的主链与液晶基元侧链相互独立，并将体现在液晶基元上的有序液晶性与体现在主链上的高分子无序性有机地统一在侧链液晶高分子中。
•侧链液晶的分子结构示意图 •侧链液晶高分子可按不同的方法分类按照形成液晶的方法，可分为热致侧链液晶高分子、溶致侧链液晶高分子；按液晶的形态可分为近晶型、向列型、胆甾型等；从主链的化学特征看，主链可分为碳链、元素有机链和杂链；主要选用的侧链有席夫碱、偶氮苯、氧化偶氮苯、芳香酯、联苯、环己烷、二氧六环、胆甾体等 •侧链液晶高分子尽管各种各样，但都有共同的结构特征：即由主链、柔性间隔基、刚性介晶基元及端基四部分组成各部分对能否形成液晶、液晶态的种类及相变温度均有影响可以通过选择四部分的不同组合，对SCLCP 的种类和性能进行设计 •侧链型液晶高分子的分子设计•大多数侧链型液晶高分子是由高分子主链、介晶基元和间隔基三部分组成，没有间隔基的为数较少这三部分的连接方式为 •常见高分子主链有 •介晶基元 棍棒状介晶基元是由环状化合物和内连桥键组成的环状化合物有苯环、萘环、其他芳环、反式环己烷、双环辛烷、反式—2，5—二取代—1，3—二恶烷、I，3—二塞烷, 1，3—氧硫杂环己烷等•内连桥键有 •间隔基 •亚烷基因与介晶基元作用较小最为常用，低聚体聚氧乙烯和聚硅氧烷因柔性大有利于去偶，但有时与介晶基元作用强，影响后者的有序排列， •柔性间隔基的部分“去偶”概念 •SCLCP的液晶相生成能力、相态类型和液晶相的稳定性均由分子的三个主要成分，即主链、介晶基元和间隔基所决定。
没有柔性间隔基时，柔性主链和刚性介晶基元侧链直接键合发生所谓“偶合”作用主链倾向于采取无规构象，而介晶基元则要求取向有序排布，视这两种力量的相对强弱而定，如果介晶侧链运动屈服于主链运动则采取无序构象得到非液晶聚合物，如果主链运动屈服于介晶侧链的作用而牺牲部分构象熵则生成液晶相采用柔性大的主链和刚性大的介晶基元有利于液晶相生成主链和介晶侧链的两种运动发生偶合作用， •主链与介晶基元之间插入足够柔顺的柔性间隔基，以减弱两者热运动的相互干扰，从而保证介晶基元的排列成序，这就是“去偶”效应 •高分子主链的影响•分子量的影响•立体异构的影响•介晶基元长度的影响•介晶基元和间隔基之间的内连基的影响 侧链液晶高分子的合成方法•侧链液晶高分子的合成方法可分为加聚、缩聚、接枝反应(又称聚合物改性)其中，加聚、接枝反应两种方法最为常见 •加聚反应•利用含有刚性介晶基元同时又含有双键的单体进行加聚反应是制备侧链液晶高分子的最简便的方法按反应机理又可分为三类：自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合 •缩聚反应•采用缩聚反应制备侧链型液晶聚合物的单体必须既含有介晶基元又具备能参与反应的双官能基团利用这种方法可以制备在高分子主链中含有杂原子如硅、氧、氮的杂链液晶聚合物，还可制得主链上和侧链上都含有介晶基元的混合结构的液晶高分子， •聚合物接枝反应•参与接枝反应的聚合物主链中应有可接枝点即有活性基团，作为侧链的分子则必须是带有能与主链官能团反应的介晶基元，这种反应也称为聚合物改性。
液晶高分子网络化•小分子液晶、齐聚物液晶和聚合物液晶中带有可进一步化学反应的集团，在液晶态获得有序排列后，启动化学反应产生聚合物网络，从而稳定所获得的液晶态 •极化小分子易形成中心对称排列，网络化有利于稳定极化排列 •网络稳化极化排列具有形状记忆性质 聚合物分散液晶•聚合物分散液晶(Polymer-dispersed liquid crystals, PDLCs) 聚合物含量高于20 的重量百分比, 小分子液晶以微粒形态分散在聚合物基质中液晶织构在电场作用下发生取向变化用来遮挡或减弱光线 •液晶微粒构型和开关作用 •液晶微粒有多种构型液晶分子与聚合物垂直排列形成中心一个缺陷的放射状构型在电场作用下转变为轴对称构型(缺陷在赤道上) 关掉电场后回到放射状构型产生强散射 聚合物稳化液晶 •聚合物稳化液晶(Polymer stabilized liquid crystalline, PSLC)指聚合物含量低于10 的重量百分比，体系聚合物分散在小分子液晶中形成网络稳定液晶织构，改善液晶的光电性质 •聚合物稳化胆甾液晶的平行织构 •聚合物稳化胆甾液晶的焦锥织构 •聚合物稳化向列液晶可以降低扭曲液晶显示的驱动电压，提高显示图像的品质聚合物。
稳化胆甾液晶还提供新的功能模式在胆甾液晶形成平行织构条件下形成聚合物网络，这样在无电场条件下对透射光散射很弱，是透明状态；外加弱电场，破坏平行织构形成扇形织构，对光有强散射；外场关掉后又恢复到平行织构，具有双稳态性质适用在偶尔遮光情况在垂直织构条件下形成聚合物网络，外场关掉后胆甾液晶松弛形成扇形织构；外加弱电场，重新形成平行织构适用在偶尔漏光情况 液晶的应用 •1 温度的显示 温度的显示•胆甾液晶膜对温度变化很灵敏,因此可用来做温度指示器. 如测量体温的电子体温计,还可用于检查精密器件的裂缝或孔隙,因为孔隙或裂缝能使温度梯度发生变化,从而使贴在器件表面上的液晶膜发生相应的颜色变化,因而可以测定孔隙的位置和形状. 这就是用液晶进行无损探伤. •2 数字及图象的显示 数字及图象的显示•向列型混合液晶可用于台式电子计算机,测试和测量仪器上数字面板表上的显示器,多色显示器及平面电视显象管,体育比赛计分牌的显示器. 例如将茴香叉氨基醋酸酯,茴香叉氨基酚丁酸酯和对丁氧基苯甲叉氨基苯基醋酸酯等量混合物,在120 ℃搅拌熔化至透明,冷至0 ℃,即得室温液晶( - 6～90 ℃) 可用于数字显示及黑白电视显示屏. 另外,向列型液晶在电场作用下,光的反射或透射率会发生变化. 因此可用来显示具有灰度的黑白单色的图象. 与此相反,胆甾型液晶加上电场时可使光有选择的反射或透射,故可显示彩色图象.此外还可利用胆甾型液晶对温度的敏感性,可用来对晶体二极管的焊接温度和超小型电路内部的过热现象进行测定,对薄膜电容器进行微孔检验,对集成电路接点的动态测试,以及整流器的工作温度的测量等. •3 气体的检测 气体的检测•液晶对气体和蒸气污染的灵敏度高于氧,氮及惰性气体. 它能记录有害气体的浓度,并能精确测定漏气部位,以保证安全. 测量的灵敏度可达百万分之几. 这对环境保护监测工作有重要价值. 例如胆甾液晶对不同有机溶剂气体可显示不同的颜色. •4 浅层肿瘤的诊断 浅层肿瘤的诊断•用涂有胆甾型液晶的黑底薄膜,贴在病灶区的皮肤上,则能显示温度不到一度的彩色温度变化图. 利用液晶诊断肿瘤、动脉血栓和静脉肿瘤,以提供手术的准确部位,并能根据皮肤温度的变化,以及交感神经系统的堵塞情况,以判断神经系统及血管系统是否开放. 液晶在0～250 ℃之间对温度变化都很灵敏,根据选用的混合物液晶能显示1～5 ℃之间温度变化的全谱图,即使小于0.125 ℃的温度变化,也可以清楚地看出. •5、高强度高模量材料•分子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子,在外力场容易发生分子链取向。
利用这一特性可制得高强度高模量材料例如, 聚对苯二甲酸对苯二胺(PPTA) 在用浓硫酸溶液纺丝后,可得到著名的kelvar纤维,比强度为钢丝的6～7 倍,比模量为钢丝或玻纤的2～3 倍,而密度只有钢丝的1/ 5 此纤维可在- 45 ℃～ 200 ℃使用,阿波罗登月飞船软着陆降落伞带就是用kevlar29 制备的kevlar 纤维还可用于防弹背心,飞机、火箭外壳材料和雷达天线罩等 •6、液晶高分子在信息储存方面的应用•热熔型侧链液晶高分子通常用作信息储存材料液晶高分子一般利用其热/光效应实现光存贮通常采用聚硅氧烷、聚丙烯酸酯或聚酯侧链液晶,为了提高写入光的吸收效率,可在液晶高分子中溶进少许小分子染料或采用液晶和染料侧链共聚物向列、胆甾和近晶相液晶高分子都可以实现光存贮侧链液晶高分子用于存储显示寿命长、对比度高、存储可靠、擦除方便,因此有极为广阔的发展前景 •7、功能液晶高分子膜•由液晶高分子制成的膜材料具有较强的选择渗透性,可用于气、液相体系组分的分离分析如聚碳酸酯(PC) 与液晶EBBA 制成的复合膜可用于气体分离高分子2液晶/冠醚复合膜在紫外(360nm ) 和可见光(460nm) 照射下,钾离子( K+ ) 会发生可逆扩散,因此它可用于人工肾脏和环境保护工程。
•8、生物性液晶高分子•细胞膜中的磷脂可形成溶致型液晶;构成生命的基础物质DNA 和RNA 属于生物性胆甾液晶,它们的螺旋结构表现为生物分子构造中的共同特征;植物中起光合作用的叶绿素也表现液晶的特性 •液晶高分子分子复合材料•液晶高分子分子复合材料(Molecular composite)是一种新型的高分子复合材料,它通常是指将纤维与树脂基体的宏观复合扩展到分子水平的微观复合,也就是用刚性高分子链或微纤作增强剂,并以接近分子水平的分散程度分散到柔性高分子基体中的复合材料液晶高分子分子复合材料的出现为人们获得具有高模量、高性能、易加工的新型复合材料提供了一条崭新的途径和方法 •目前,液晶在工业上的应用日益广泛,它作为一种新型显示材料,具有功耗小,电压低和明亮环境下显示的独特优点,此外,还具有尺寸大小灵活,平板化,弯曲化,显示清晰,使用范围广,成本低等特点. 液晶的种种显示装置及其在电视,传感、印刷、信息等领域的应用正在迅速展开,液晶显示手表,计算器,甚至高清晰彩色液晶电视机都已商品化,显示技术领域正在发生着深刻的变化,液晶的研究和应用必将更加深入. •作业•1、什么是液晶?液晶的物理结构有几类?•2、液晶化合物的一般结构特征是什么?•3、讨论影响主链高分子液晶相变温度及温度范围的因素？•4、侧链高分子链中柔性间隔基因的作用是什么？它对液晶性质有何影响？•5、简述高分子液晶的功能? 。