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简述高分子液晶材料的结构特点 1.3 根据液晶形成条件 按液晶的形成条件，可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶等等。溶致性液晶是在溶解过程中液晶分子在溶液中达到一定浓度时形成有序排列。产生各向异性构成液晶。热致性液晶是在加热熔融过程中，不完全失去晶体特征，保持一定有序性的三维各向异性的晶体所构成的液晶。 2 液晶高分子的结构 液晶高分子的结构应该满足液晶相的取向要求。通常，能够形成液晶的高分子应由以下结构单元组成。 2.1 液晶基元 能够形成液晶的物质，通常具有刚性结构。其分子长（L）和宽（D）的比例R1，呈棒状。例如，4,4-二甲氧基氧化偶氮苯（1）液晶，分子的长宽比 R≈2.6，长厚比R≈5.2。所以，液晶基元通常是由连接官能团（interconnecting group）将两个或以上刚性环连接起来形成的。例如，二联苯、三联苯，苯甲酰氧苯、1,2-二苯基乙烯、1,2-二甲苯基乙炔和苯甲亚胺基苯等，具有刚性和棒状外形，构成了常见的液晶基元。除了芳环以外，刚性环还可以是反式-环己烷、反式-2,5-双取代基-1,3-二氧环戊烷和1,3-二硫杂环己烷等。连接官能团一般为 —CH2=N—，—N=N—，—（—CH=CH—）n—和—CH2=N—N=CH2—等。含有双键或炔基的官能团能限制刚性环的自由旋转，增加分子长度和维持分子的刚性。由于酯基和酰胺基的共振作用，限制了酯碳氧键（或酰胺的碳氮键）的自由旋转，也是有效地连接官能团。 2.2 柔性间隔基 一般液晶基元通过柔性间隔基接到高分子主链上，形成液晶高分子。例如，液晶聚合物2是通过柔性间隔基，六亚甲基将二联苯液晶基元接到聚甲基丙烯酸酯主链上。该聚合物在温度119—136℃之间，呈近晶型液晶。若二联苯不通过间隔基，直接接到高分子主链上，如聚合物3；或者只通过一个亚甲基接到高分子主链上，如4，均不呈现液晶相，是无定形聚合物。这是由于高分子链的热运动，趋向于形成无规线团，妨碍了液晶基元取向形成液晶相。柔性间隔基的去耦作用，是指高分子主链的热运动对液晶基元取向的影响减小了。显然，间隔基的长度对液晶相的形成和稳定性是有影响的。 2.3 高分子液晶的结构 根据液晶基元在高分子链中的位置，液晶高分子可分为： （1）主链型液晶高分子。是指液晶基元在高分子的主链上的液晶高分子。它可以是由连接官能团将液晶基元联起来，形成的高分子，如图2（a）所示。例如，对苯二甲酰对苯二胺（PPTA），是一溶致型液晶。也可以通过高分子链将液晶基元连起来，形成高分子液晶，如图2（b）所示。例如，对二甲酸乙二醇酯（PET）与对羟基苯甲酸（HBA）的共聚物5。可以看出是高分子链将液晶基元苯甲酰氧苯连起来形成的。 图2 主链液晶高分子示意图 （2）侧链型液晶高分子。是指液晶基元在高分子的侧链上，如图3所示。例如，聚甲基丙烯酰氧己基氧联苯腈的侧链上含有液晶基元联苯腈。图3所示的侧链液晶高分子的主链为线形聚合物。除此之外，也有液晶基元连接到环状齐聚物上；或者多个液晶基元键联后，通过柔性间隔基，接到高分子主链上。由于这类高分子液晶的合成相对容易，变化参数较多，例如，主链的种类、相对分子质量、规整度、柔性间隔基的种类和长度等，所以研究得较为广泛。 图3 侧链高分子液晶结构示意图 （3）混合型液晶高分子。这类液晶高分子是指在主链和侧基上，均含有液晶基元，如图4所示。液晶基元通过柔性间隔基连接到液晶主链的柔性间隔基上[见图4（a）]；或者连接到主链的液晶基元上[见图4（b）]；或接到刚性的主链上[见图4（c）]，即主链上无柔性间隔基，只有刚性液晶基元。两个相交的液晶基元，插入到柔性聚合物主链上[见图4（d）]。 图4 混合型液晶高分子的结构示意图 一般来讲，液晶高分子中应含有液晶基元和柔性间隔基。随着研究的深入，也发现有的液晶高分子中，并不一定存在明确的液晶基元。例如聚合物6上，并不包含参见的刚性液晶基元，却能在很广的温度范围内出现液晶相。 2.4 溶致型液晶和热致型液晶 溶致型液晶高分子是指聚合物在加热过程中，达到一定浓度时，形成了有序排列，产出各向异性。例如聚对氨基苯甲酰胺（PpBA）在N,N-二甲基甲酰胺溶液中（有时要加入一些氯化铝或氯化钙）可以形成液晶。 热致型液晶高分子是指聚合物在加热熔融过程中，达到一定温度时，高分子位置有序逐渐消失，但保留取向有序，具有各向异性，形成液晶相。 3 结论 随着液晶高分子理论的日渐完善，人们对液晶高分子的结构特点也日益清晰。在高分子液晶应用日益广范的同时，通过对其结构研究改造，人们不仅开发了大量的高强、高模以及具有显示和信息存储功能的高分子液晶材料，同时还在不断探索在其他领域的应用。可以肯定的是，作为一门交叉科学，高分子液晶材料科学在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性