高分子液晶

,杨胜林C564Tel:67792797E-mail:slyang,高分子液晶LiquidCrytallinePolymer,液晶的基本概念,温度，K,压力，P,三相点,结晶,液体,气体,超导态,等离子态,物质的形态,非晶固态,中子态,LC:thefourthphaseofmatter,LC,?,?,?,FriedrichReinitzer(18571927),OttoLehmann(18551922),胆甾醇苯甲酸酯,液晶相的发现,近晶相(SA)胆甾醇苯甲酸酯衍生物的POM照片(80C),位置有序、方向有序,液体,位置无序、方向有序,位置无序、方向无序,（向列相）液晶,晶体的三种融(溶)解过程,某些物质的结晶受热熔融或被溶剂溶解之后，虽然失去固态物质的刚性，而获得液态物质的流动性，却仍然保存着晶态物质分子的有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形成一种兼有晶体和液体部分性质的过渡状态，这种中间状态称为液晶态，处在这种状态下的物质称为液晶。,晶体,位置有序、方向无序,塑晶,据统计，在全部的有机物中，能形成液晶态的分子大约占5。一般来说，可以形成液晶态的分子要满足以下条件：分子具有不对称的几何形状。如细长棒状、平板状或盘状。分子要有一定的刚性。如含有多重键、苯环等刚性基团。分子之间要有适当大小的作用力以维持分子的有序排列。为此要求液晶分子含有极性或易于极化的基团。,液晶分子的结构特征,液晶分子的结构(棒状),硬棒状液晶分子,盘状液晶分子,特殊形状的液晶分子,金字塔形,香蕉形,液晶的分类（有序程度）,向列相近晶相胆甾相柱状相,液晶态有序排列次序分类,向列相,近晶A相,近晶C相,低有序态液晶,SF,SI,SJ和SG,SK和SH,高有序态液晶,SL,SM,SN,n,n,n,N,胆甾相(手性向列相),手性分子的液晶态,手性SC相(SC*),手性碳原子,手性碳原子,镜,手性分子无旋转对称而具有镜像对称性,液晶态的形成条件,热致性液晶,溶致性液晶,结晶相,液晶相,各向同性液相,熔点,清亮点,各向同性溶液,液晶溶液,临界浓度,浓度,温度,液晶态的表征,热台偏光显微镜法（POM法）,示差扫描量热法（DSC法）,X射线衍射法,核磁共振法,介电松弛谱法,相容性判别法,光学双折射法,P,A,n1,n1,n2,n2,P/A,n1,偏振光的干涉,光学延迟与透射谱,偏光显微镜测双折射的光路图,POM测定双折射率,贝瑞克补偿器,较小双折射率的测定,补偿器回转时光学延迟增大,大双折射率的测定,双折射(n)=光程差(R)厚度(D),R=k+（k即为干涉级数，=546.4nm）,胆甾相的指纹织构,向列相的纹影织构,近晶相SA的锥扇织构,POM下的液晶织构,胆甾型液晶的蓝相织构,近晶相SI的纹影织构,各种近晶相的织态结构,K37SB40SA53I,液晶的DSC分析,液晶的物性,P2=1,P2=-1/2,与相关的物性：,折射率的异方性铁电性的异方性磁感应的异方性吸收的异方性(弹性常数),PDLC光调节器的工作原理,PDLC的POM图,电场施加前后LC的取向变化,胆甾相液晶的选择性光反射,鞘翅具有胆甾相结构的甲虫在不同偏振光状态下的颜色,温度对胆甾相液晶选择性反射的影响,液晶显示器的工作原理,液晶显示器的工作原理,彩色的显示方法,高分子液晶概述,高分子液晶的研发历史,高分子液晶的分类,主链硬棒聚合物,含柔性间隔基的主链聚合物,主链型液晶聚合物介相元抑制分子链卷曲高度伸展链沿伸展方向的优良的力学性能高Tm(Td)没有熔化过程实现方法：a)溶致型液晶聚合物：通过溶液得到。液晶结构在溶液中形成。如：芳香族聚酰胺(Kevlar)b)热致型液晶聚合物：通过熔融得到。利用间隔基、扭曲单元降低介相元的规整排列。,高分子液晶的分类,侧链型液晶聚合物a)力学性能、热性能和流变性能类似于常规聚合物；b)光学性能、电和磁性能具各向异性，与小分子液晶类似。,甲壳型高分子液晶，性质类似于主链型高分子液晶,连接基团短,高分子液晶的分类,接枝共聚物,液晶嵌段共聚物,主、侧链混合型高分子液晶,液晶聚合物网络,高分子液晶的性质和用途,低熔体粘度成型速度快低收缩率优异的力学性能优良的耐药品性低热膨胀系数低吸水性优异的阻隔性铁电性高连续使用温度,高性能纤维精密成型制件高阻隔性薄膜原位复合材料聚合物熔融加工助剂信息贮存材料电光显示材料非线性光学材料,Kevlar,Zylon,TLCP的主要用途,LLCP制得的高性能纤维,液晶物理基础,序参量,a,张量序参量,沿Z轴取向,沿第一象限45取向,沿第二象限135取向,向列相的统计理论,刚性棒（长L、直径D）的平均场计算,刚棒间仅存在体积排除效应刚棒体积分数=LD2c1LD,球形分子稀薄气体的自由能：,r,r,刚棒的排除体积效应：,液晶相的稳定因素,8LD2,2D(L+D)2,水上贮木场鸟瞰,1=2L2D|sin|,刚棒体系的自由能,自洽方程：,一级相变,二级相变,焓、熵、体积在相变点不连续存在潜热,焓、熵、体积在相变点不连续不存在潜热,I-N相变是一级相变，但潜热非常小。,一级相变和二级相变,Flory理论,x,刚棒与择优方向成角,x/y,y=xsin,配分函数和自由能,序参量自由能,d=2时，,二维向列型液晶的相变,d=2时,由,得,二维液晶的自由能:,S的时间演化方程:,CDS处理后的演化方程:,二维向列型液晶纹影织构的模拟,PBO/