論文高分子液晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展

1、高分子液晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展 高分子液晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展班 級(jí)： 08化工一班 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝學(xué) 號(hào)： 20084064027 姓 名： 陳能志 高分子液晶材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展陳能志指導(dǎo)老師 張帆（吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 湖南吉首 416000） 摘 要：本文簡(jiǎn)述了高分子液晶材料的研究現(xiàn)狀, 介紹了液晶高分子研究的新進(jìn)展, 并對(duì)液晶在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究和潛在性能進(jìn)展作了簡(jiǎn)要的闡述。關(guān)鍵詞：液晶高分子材料；應(yīng)用；發(fā)展application status and the development of liquid crystal polymer materialschen nengz

2、hiteacher 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

3、and potential properties of lcd in all fields.key words: liquid crystalline polymer materials, application, development高分子液晶是近十幾年迅速興起的一類新型高分子材料,它具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低膨脹系數(shù)、低成型收縮率、低密度、良好的介電性、阻燃性和耐化學(xué)腐蝕性等一系列優(yōu)異的綜合性能,作為液晶自增強(qiáng)塑料、高性能纖維、板材、薄膜及光導(dǎo)纖維包覆層,被廣泛應(yīng)用于電子電器、航天航空、國(guó)防軍工、光通訊等高新技術(shù)領(lǐng)域以及汽車、機(jī)械、化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門。正是由于其優(yōu)異的性能和廣闊

4、的應(yīng)用前景,使得高分子液晶成為當(dāng)前高分子科學(xué)中頗有吸引力的一個(gè)研究領(lǐng)域。1 應(yīng)用現(xiàn)狀1.1 液晶顯示器件的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀液晶已被廣泛應(yīng)用到高新技術(shù)領(lǐng)域中,在電子工業(yè)中作為顯示材料,液晶顯示與其它顯示相比,有低耗能、準(zhǔn)確性高、靈敏度高、色調(diào)柔和、無(wú)x射線、安全可靠的特點(diǎn), 由于消耗功率極小,一般在 10-100lwp的數(shù)量級(jí), 因此不需要龐大的電源就可制造顯示面積大而體積小的器件,可實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示,也可制造微型器件。液晶已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到人們的日常生活中,如計(jì)算器的顯示屏, 筆記本電腦的顯示屏, 液晶電視等。液晶的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面: 液晶平板顯示、生物膜理論、液晶溫度傳感器、液晶壓力傳感器

5、,液晶在分析化學(xué)中的應(yīng)用等。液晶平板顯示是液晶在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用,顯示技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而得以迅速發(fā)展。液晶顯示(lcd)在目前的發(fā)展過(guò)程中扮演著重要的角色。所有的信息顯示器都是利用控制光的能力,通過(guò)控制顯示器變亮部分和變暗部分,把信息傳遞給使用者。液晶顯示器的早期產(chǎn)品屬扭曲向列型(tn-lcd) ,后期產(chǎn)品屬超扭曲向列型(stn-lcd)。目前廣泛應(yīng)用的lcd產(chǎn)品被稱為像素點(diǎn)陣型,它又分為兩個(gè)類型:無(wú)源型和帶開(kāi)關(guān)晶體管的有源型。后者又有多個(gè)品種, 其中以非晶硅tft做有源開(kāi)關(guān)元件類(tft-lcd)應(yīng)用最為廣泛。tft-lcd的性能明顯優(yōu)stn-lcd,常被稱作真彩液晶顯示器, 而

6、stv-lcd則被稱做偽彩液晶顯示器。tft液晶顯示器的基本構(gòu)造是,將上下兩塊制作有透明電極的玻璃基板平行疊放在一起, 其間隔約為10lm, 四周用環(huán)氧樹(shù)脂封裝,兩板之間制作晶軸可連續(xù)轉(zhuǎn)向90b的液晶層。玻璃基板的外側(cè)處理成偏振方向相互正交的偏光鏡板,從偏光鏡板一側(cè)射入的光便成為偏振光,光軸與偏振鏡的軸向一致。射出液晶層的偏振光軸發(fā)生90b旋轉(zhuǎn),與板偏振軸一致,光線得以通過(guò)呈亮點(diǎn)；當(dāng)上下玻璃板加上電壓時(shí),液晶分子排列與電場(chǎng)方向一致,旋轉(zhuǎn)特性消失。射出液晶層的偏振光與上偏振鏡的光軸正交,光線被阻擋呈暗點(diǎn)。通過(guò)控制外加電壓即可控制液晶光點(diǎn)的強(qiáng)弱,最簡(jiǎn)單的例子是7段數(shù)字顯示器。7段中每一段區(qū)域的光是

7、被獨(dú)立控制的,所以控制不同區(qū)域的光,可以實(shí)現(xiàn)從 0-9每一個(gè)數(shù)字的顯示;對(duì)于14段數(shù)字顯示器,它可以顯示0-9的10個(gè)數(shù)字和所有的字母?？梢允褂靡粋€(gè)57的點(diǎn)矩陣獲得更精致的顯示器,在這里,35個(gè)不同區(qū)域的光被獨(dú)立控制,更精致的產(chǎn)生了所有的字母和數(shù)字。還可以使用更大矩陣的顯示器來(lái)獲得更加清晰的圖像;但不管顯示器如何復(fù)雜,其基本工作原理都是控制顯示器的小區(qū)域的光。可以用2種方法來(lái)實(shí)現(xiàn):第一,每個(gè)區(qū)域都具有發(fā)光能力,即主動(dòng)顯示,如陰極射線管和發(fā)光二極管,常見(jiàn)的有普通電視機(jī),紅綠燈等;第二,顯示器本身并不發(fā)光,而是通過(guò)顯示器的或被顯示器所反射的光的強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示,即被動(dòng)顯示(液晶顯示器就是一種被動(dòng)顯示

8、器)。它是利用環(huán)境光或者實(shí)際顯示器的背面或旁邊的器件產(chǎn)生光。2.1 液晶材料的其他潛在應(yīng)用2.1.1 人工肌肉gennes首先提出液晶彈性體作為人工肌肉的設(shè)想:通過(guò)溫度變化使其發(fā)生向列相到各相同性態(tài)之間的相變,引起彈性體薄膜沿指向矢方向單軸收縮, 因此可以用來(lái)模擬肌肉的行為。然而其局限性在于液晶彈性體薄膜自身具有的低導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性, 因而對(duì)外界刺激響應(yīng)比較緩慢。對(duì)于以上缺陷,可以通過(guò)摻雜導(dǎo)熱導(dǎo)電物質(zhì)的方法來(lái)提高其響應(yīng)能力。shenoy等報(bào)道了通過(guò)液晶彈性體表面涂覆碳涂層,使用紅外二極管激光器產(chǎn)生光吸收,從而可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間,而且彈性體薄膜的機(jī)械性能未受影響。2.1.2 納米機(jī)械1973年,

9、 shibayer等首先從理論上預(yù)料sc*相液晶可能具有鐵電性,并于同年首次合成了具有鐵電能具有鐵電性,并于1984年首次合成了具有鐵電性的手性液晶聚合物。vallerien小組采用10- 1 109hz的介電譜研究了網(wǎng)絡(luò)聚合物和線性材料的鐵電性,結(jié)果證實(shí)了在某些具有sc*相的網(wǎng)絡(luò)中確實(shí)存在鐵電性。brehmer等合成了第一個(gè)毫秒級(jí)短開(kāi)關(guān)時(shí)間的鐵電液晶彈性體。通過(guò)鐵電性液晶彈性體的大的側(cè)向電收縮實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,可以改變目前納米尺寸的制動(dòng),主要用某種晶體(如石英)和智能陶瓷中的線性壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn),但是應(yīng)變卻很小(小于0. 1%)的狀況。lehmann等報(bào)道了鐵電液晶彈性體作為薄膜型液晶納米

10、器件的研究結(jié)果,在硅氧烷主鏈上含手性側(cè)基和交聯(lián)度為10%的液晶彈性體在115mvp的電場(chǎng)下表現(xiàn)了垂直電場(chǎng)方向的收縮率為4%的反壓電效應(yīng)。與過(guò)去所用的偏氟乙烯共聚物同樣數(shù)量級(jí)的電誘導(dǎo)應(yīng)變需用的電場(chǎng)相比低2個(gè)數(shù)量級(jí)。2.1.3 人工智能yu yanlei等報(bào)道了改變偏振光的波長(zhǎng)和方向能使液晶彈性體在不同方向上進(jìn)行可逆地卷縮和舒展的機(jī)械效應(yīng),可望用于微米或納米尺寸的高速操控器,如微型機(jī)器人和光學(xué)微型鑷子。2.1.4 形狀記憶rousseau等報(bào)道了近晶c型液晶彈性體的形狀記憶效應(yīng),與傳統(tǒng)形狀記憶聚合物相比具有恢復(fù)精度高(99.1%)、在低溫下(-120e)仍保持橡膠結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),可在低于室溫條件下應(yīng)用

11、。這種液晶彈性體可以通過(guò)不同單體組成復(fù)合來(lái)定制轉(zhuǎn)變恢復(fù)溫度。2 展望2.1 高分子液晶的合成、表征及性能測(cè)試一種新材料的開(kāi)發(fā),其合成和表征應(yīng)當(dāng)是首當(dāng)其沖的,因此有關(guān)這方面的研究特別多。最近,李自法等就報(bào)道了以2,5二(對(duì)烷氧基苯甲酰氧基)對(duì)苯二酚和不同結(jié)構(gòu)的脂肪二酰氯為單體,采用低溫溶液縮聚的方法,合成了一系列新的液晶基元垂直于分子主鏈的近晶c(sc)相串型高分子液晶。趙雄燕等綜述了一種合成嵌段液晶共聚物的新方法大分子引發(fā)劑法。這種方法可以使傳統(tǒng)的自由基聚合也具有“準(zhǔn)活性”聚合的能力, 從而象陰離子聚合一樣,也可用來(lái)合成預(yù)定結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物。但由自由基聚合對(duì)雜質(zhì)敏感性小,合成簡(jiǎn)單并易于控制,使

12、得在大分子引發(fā)劑法在合成嵌段液晶共聚物領(lǐng)域顯示出極好的開(kāi)發(fā)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術(shù)有較大的可靠性和預(yù)見(jiàn)性,因此能較好地控制諸如序列結(jié)構(gòu)、鏈段長(zhǎng)度及多分散性等重要參數(shù),準(zhǔn)確地達(dá)到所要求的結(jié)構(gòu),這樣便可根據(jù)不同的使用要求進(jìn)行分子裁剪,設(shè)計(jì)合成具有特殊性能的高分子材料。因此近年有關(guān)嵌段液晶共聚物的研究報(bào)道逐漸增多,已成為液晶領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。嵌段液晶共聚物除了用作液晶原位復(fù)合材料的增容劑,制備高強(qiáng)度、高模量及加工性能優(yōu)異的高性能結(jié)構(gòu)材料外,還可用于:制備集光電性、液晶性及優(yōu)異的加工性于一身的高科技光電功能材料;利用嵌段液晶共聚物相轉(zhuǎn)變的平衡特性可進(jìn)行評(píng)估聚合物特殊

13、的物理過(guò)程和物理性能;作為半結(jié)晶嵌段共聚物還可用來(lái)研究總體幾何結(jié)構(gòu)與拓?fù)渲g的關(guān)系；嵌段液晶共聚物還可用來(lái)研究不同的相界面條件及相疇尺寸對(duì)液晶相的形成、特性及穩(wěn)定性的影響?？傊?液晶嵌段共聚物無(wú)論是作為高性能材料還是在理論研究方面, 均具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的理論研究?jī)r(jià)值。2.3 液晶高分子原位復(fù)合材料和分子復(fù)合材料液晶高分子與其它高分子的共混物是一類很有生命力和發(fā)展前景的材料,它性能優(yōu)良、價(jià)格便宜、品種多樣、加工容易,因而深受國(guó)內(nèi)外重視。如何將棒狀分聚合物分散到柔性鏈分子基體中,使它們盡可能地達(dá)到分子分散的水平,一直是科學(xué)家們努力追求的。劉孝波等指出,液晶熱固性聚合物的研究是近年來(lái)液晶聚合

14、物研究課題中出現(xiàn)的一個(gè)新型的研究課題。它將集液晶特征和熱固性聚合物的性質(zhì)于一體,創(chuàng)造出一類新型的特種熱固性高分子材料。 液晶環(huán)氧樹(shù)脂為代表的液晶性網(wǎng)絡(luò)材料是其中重要的一類,它為高性能高分子復(fù)合材料的研究開(kāi)辟了新的途徑,從而拓寬了液晶聚合物和通用熱固性聚合物的研究。參考文獻(xiàn)1 趙文元,王亦軍編著.功能高分子材料.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，20082 謝毓章.液晶物理學(xué). 北京:科學(xué)出版社, 19883 yu yanlei, makoto nakano, tomiki ikeda. phtoinduced bending and unbending beharior of liquid- cry -s

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