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第五章 高分子液晶材料 生活中的液晶显示材料重点内容 液晶态及液晶相关概念和性质； 高分子液晶结构、分类、合成和应用； 高分子液晶研究和测试方法。 本章内容 5.1 高分子液晶概述5.2 高分子液晶的性能与合成方法5.3 高分子液晶的研究与表征技术5.4 高分子液晶的其他性质与应用5.1 高分子液晶概述液晶的基本概念物质通常的相态：固态、液态和气态，即三相态。 相变需要外界条件 相变没有过渡态5.1 高分子液晶概述液晶的基本概念兼有晶体和液体部分性质的过渡中间相态——液晶态;处于这种状态下的物质——液晶（liquid crystals）。主要特征：其聚集状态在一定程度上既类似于晶体，分子呈有序排列；又类似于液体，有一定的流动性。5.1 高分子液晶概述液晶的发展——发现 1888年 奥地利植物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer） 在研究胆甾醇苯甲酯时首先观察到液晶现象。 一个物质有两个敏锐熔点：在145℃时，晶体转变为混浊的各向异性的液体，继续加热至179℃时，体系又进一步转变为透明的各向同性的液体。在145℃~ 179℃间，液体部分保留了晶体物质分子的有序排列，因此被称为“流动的晶体”、“结晶的液体”。5.1 高分子液晶概述液晶的发展——命名 1889年 德国科学家将处于这种状态的物质命名为“液晶”（liquid crystals，LC）。 研究表明，液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性。5.1 高分子液晶概述液晶的发展——高分子液晶 1923年 Vorlander D. 提出高分子液晶概念 （小分子液晶经高分化形成高分子液晶）高分子液晶是指既具有晶体的各向异性，又具有液体的流动性的聚合物。5.1 高分子液晶概述一、高分子液晶的分类 主链型 侧链型 混合型高强度、高模量材料按化学结构(致晶单元的位置)功能性材料 向列型 近晶型 胆固醇型大部分高分子液晶类型高分子液晶按液晶相态 热致型 溶致型按形成过程5.1 高分子液晶概述一、高分子液晶的分类分类（按化学结构） 主链型Main-chain LCPs侧链型Side-chain LCPs5.1 高分子液晶概述一、高分子液晶的分类分类（按化学结构） 主链型液晶和侧链型高分子液晶中根据致晶单元的连接方式和形态不同又有许多种类型5.1 高分子液晶概述表5-1 液晶分子分类表（化学结构）液晶类型pan结构形式名称主链型(致晶单元处在高分子主链上)纵向型垂直型星 型 盘 型混合型棒状致晶单元盘状致晶单元5.1 高分子液晶概述液晶类型结构形式名称侧链型(致晶单元是通过一段柔性链作为侧基与高分子主链相连，形成梳状结构)梳 型多重梳型盘梳型腰接型网 型5.1 高分子液晶概述一、高分子液晶的分类分类（按液晶相态） 图5-1 液晶结构示意图5.1 高分子液晶概述 向 列 型:流动性最好，熔融体或者溶液粘度最 小，一维有序。 近 晶 型:最接近晶体的特性、粘度存在各 向异性，二维有序。 胆甾醇型:具有很高的旋光性，可以使白色光发 生色散，有彩虹般的颜色。5.1 高分子液晶概述(1) 向列型液晶 (nematic liquid crystals，N) 在向列型液晶中，棒状分子只维持一维有序。它们互相平行排列，但重心排列则是无序的。在外力作用下，棒状分子容易沿流动方向取向，并可在取向方向互相穿越。因此，向列型液晶的宏观粘度一般都比较小，是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种。向列型至今为止大部分高分子液晶属于向列型液晶。5.1 高分子液晶概述(2) 近晶型液晶(smectic liquid crystals，S) 近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一类，棒状分子互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层状结构平面。层内分子排列具有二维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的，分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。层状结构之间可以相互滑移，而垂直于层片方向的流动却很困难。近晶型5.1 高分子液晶概述这种结构决定了近晶型液晶的粘度具有各向异性。但在通常情况下，层片的取向是无规的，因此，宏观上表现为在各个方向上都非常粘滞。根据晶型的细微差别，近晶型液晶还可以再分成9个小类。按发现年代的先后依次计为SA、 SB 、……SI。近晶型液晶结构上的差别对于非线性光学特性有一定影响。近晶型5.1 高分子液晶概述(3) 胆甾醇型液晶(Cholesteric liquid crystals，Ch) 分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用，平行排列成层状结构，长轴与层片平面平行。 层内分子排列与向列型类似，棒状分子分层平行排列，在每个单层内分子排列与向列型相似，相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转一定角度，分子长轴在旋转360o后复原。胆甾醇型