高分子的液晶態(tài)結構

1、物物質質的的存存在在形形式式晶態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)晶態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等離子態(tài)等離子態(tài)(plasmas)非晶固態(tài)非晶固態(tài)(amorphous solids)超導態(tài)超導態(tài)(superconductors)中子態(tài)中子態(tài)(neutron )液晶態(tài)液晶態(tài)(liquid crystals) 液晶態(tài)液晶態(tài)被稱為物質的第四態(tài)或中介態(tài)，它介于液態(tài)和晶態(tài)被稱為物質的第四態(tài)或中介態(tài)，它介于液態(tài)和晶態(tài)之間，是自發(fā)有序但仍能流動的狀態(tài)，又稱為之間，是自發(fā)有序但仍能流動的狀態(tài)，又稱為“有序流體有序流體”。 液晶的取向液晶的取向 晶態(tài)晶態(tài) 液晶態(tài)液晶態(tài) 液態(tài)液態(tài) 晶態(tài)、液晶態(tài)與液態(tài)分子的排列示意圖晶態(tài)、液晶態(tài)與液態(tài)分子的排列示意圖

2、 88年，奧地利植物學家年，奧地利植物學家Reinitzer首先發(fā)現(xiàn)苯甲酸膽甾醇酯首先發(fā)現(xiàn)苯甲酸膽甾醇酯于于146.6熔融后先成為乳白色液體，到熔融后先成為乳白色液體，到180.6才突然變清亮。才突然變清亮。這種乳白色液體是因為液晶態(tài)存在光學各向異性引起的，是形這種乳白色液體是因為液晶態(tài)存在光學各向異性引起的，是形成液晶態(tài)的一個重要證據(jù)。最早發(fā)現(xiàn)的高分子液晶是合成多肽成液晶態(tài)的一個重要證據(jù)。最早發(fā)現(xiàn)的高分子液晶是合成多肽聚聚L-谷氨酸谷氨酸-芐酯（簡稱芐酯（簡稱PBLG），它的氯仿溶液自發(fā)產生具），它的氯仿溶液自發(fā)產生具有雙折射性質的液晶相。有雙折射性質的液晶相。 液晶的起源液晶的起源液晶的形

3、成的條件液晶的形成的條件（1）分子具有不對稱的幾何形狀。分子具有不對稱的幾何形狀。如棒狀、平板狀或盤狀如棒狀、平板狀或盤狀。（2）分子要有一定的剛性。如含有分子要有一定的剛性。如含有多重鍵、芳香環(huán)多重鍵、芳香環(huán)等剛性基團。等剛性基團。（3）分子之間要有適當大小的作用力來維持分分子之間要有適當大小的作用力來維持分 子的有序排列，子的有序排列， 即液晶分子要含有即液晶分子要含有極性或易極化的基團極性或易極化的基團。液晶分子的結構液晶分子的結構復合型復合型側鏈型側鏈型主鏈型主鏈型液晶的分類液晶的分類1.按液晶內部的有序狀況分類按液晶內部的有序狀況分類 近晶型（smectic，簡稱S相） 向列型（ne

4、matic，簡稱N相） 膽甾型（cholesteric，簡稱Ch相） 膽甾型液晶和近晶型液晶均為二維有序。因而一般情況下，加熱時有序程度減少。相變序為：結晶 近晶型向列型各向同性液體，或結晶近晶型膽甾型各向同性液體。液晶的分類液晶的分類（a）近晶相近晶相(smectic)液晶液晶 近晶相液晶是由棒狀或條狀的分子組成，分子排列近晶相液晶是由棒狀或條狀的分子組成，分子排列成層，層內分子長軸相互平行或接近于平行，其方向可成層，層內分子長軸相互平行或接近于平行，其方向可以垂直于層面，或與層面成傾斜排列，層的厚度等于分以垂直于層面，或與層面成傾斜排列，層的厚度等于分子的長度。子的長度。液晶的分類液晶的分

5、類（b）向列型）向列型(nematic)液晶液晶 向列相液晶的分子呈棒狀，分子向列相液晶的分子呈棒狀，分子的長徑比大于的長徑比大于4，分子質心沒有長程有，分子質心沒有長程有序性，其長軸互相平行，但不排列成序性，其長軸互相平行，但不排列成層。向列相液晶分子的排列和運動比層。向列相液晶分子的排列和運動比較自由，對外力相當敏感，是目前液較自由，對外力相當敏感，是目前液晶顯示器的主要材料。晶顯示器的主要材料。 液晶的分類液晶的分類（c）膽甾相膽甾相(cholesteric)液晶液晶 膽甾相液晶分子呈扁平狀且排列成層，層內分子相互平行。膽甾相液晶分子呈扁平狀且排列成層，層內分子相互平行。相鄰兩層分子，其

6、長軸彼此有一輕微的扭角，多層分子的排列方向相鄰兩層分子，其長軸彼此有一輕微的扭角，多層分子的排列方向逐漸扭轉成螺旋線，形成一個沿層的法線方向排列成逐漸扭轉成螺旋線，形成一個沿層的法線方向排列成螺旋狀結構螺旋狀結構。液晶的分類液晶的分類三類液晶在偏光顯微鏡下會出現(xiàn)特征的圖案，稱為織構。向列型液晶的典型織構是紋影織構(四黑刷或兩黑刷)，近晶型液晶是扇形織構，膽甾型液晶是指紋狀織構。織構是由于分子的連續(xù)取向出現(xiàn)缺陷（稱為向錯）引起的。液晶的分類液晶的分類另一方面，大多數(shù)液晶高分子（無論哪種類型）在受到剪切力作用時，會形成一種所謂“條帶織構”的黑白相間的規(guī)則圖案，條帶方向與剪切方向垂直。這是由于分子鏈

7、被取向后再停止剪切時回縮形成的一種波浪形或鋸齒形結構，它們在偏光顯微鏡下發(fā)生規(guī)則的消光而引起的。因而出現(xiàn)條帶織構也往往作為高分子形成液晶的證據(jù)。液晶的分類液晶的分類2.按生成方式分類按生成方式分類液晶分成熱致性液晶和溶致性液晶。前者在一定的溫度范圍內形成液晶，在升溫過程中相變過程為：結晶固體液晶態(tài)各向同性熔體。后者則是溶于溶劑并高于一定濃度和低于一定溫度時形成液晶，在純物質中不形成。形成溶致性液晶的最低濃度稱為臨界濃度。液晶的分類液晶的分類3.按分子結構分類按分子結構分類只有剛性或半剛性分子鏈才能形成液晶。剛性或半剛性分子鏈可以看成由棒狀的基本結構單元（即液晶基元）單獨或與柔性單元共同組成。因

8、而按液晶基元在分子鏈中的位置，高分子液晶又可分為主鏈型和側鏈型兩種。液晶的應用液晶的應用溶致性液晶聚芳酰胺是最早實現(xiàn)工業(yè)化生產的液晶材料，它主要通過液晶紡絲制成纖維，與普通合成纖維的紡絲相比，液晶紡絲具有以下特點：液晶溶液在高濃度下仍有低粘度，從而可以在相當高的濃度下紡絲，紡絲效率大為提高。纖維不必拉伸就具有高強度和高模量。由于在外力作用下液晶分子在流動時可進行自發(fā)有序排列，分子鏈間纏結少，纖維不必經牽伸就能高度取向，從而減少了牽伸對纖維的損傷。液晶高分子在纖維中幾乎完全成為伸直鏈結構，使纖維具有高強度和高模量。液晶的應用液晶的應用 1. 提供新的高性能材料提供新的高性能材料2.促進分子工程學、合成化促進分子工程學、合成化 學、高分子物理學、高分學、高分子物理學、高分 子加工學以及高分子應用子加工學以及高分子應用 技術的發(fā)展技術的發(fā)展3.有助于對生命現(xiàn)象的理解有助于對生命現(xiàn)象的理解 4.新醫(yī)藥材料和醫(yī)療技術的新醫(yī)藥材料和醫(yī)療技術的 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 目的目的液晶的應用液晶的應用 結構材料結構材料電子、機械、軍事、航電子、機械、軍事、航空航天空航天功能材料功能材料光電顯示、記錄、儲存、光電顯示、記錄、儲存、調制和膜分離材料調制和膜分離材料在生命科學，蛋白質、在生命科學，蛋白質、核酸、病毒、細胞核