高分子的液晶态结构

1、物物质质的的存存在在形形式式晶态、液态、气态晶态、液态、气态等离子态等离子态(plasmas)非晶固态非晶固态(amorphous solids)超导态超导态(superconductors)中子态中子态(neutron )液晶态液晶态(liquid crystals) 液晶态液晶态被称为物质的第四态或中介态，它介于液态和晶态被称为物质的第四态或中介态，它介于液态和晶态之间，是自发有序但仍能流动的状态，又称为之间，是自发有序但仍能流动的状态，又称为“有序流体有序流体”。 液晶的取向液晶的取向 晶态晶态 液晶态液晶态 液态液态 晶态、液晶态与液态分子的排列示意图晶态、液晶态与液态分子的排列示意图

2、 88年，奥地利植物学家年，奥地利植物学家Reinitzer首先发现苯甲酸胆甾醇酯首先发现苯甲酸胆甾醇酯于于146.6熔融后先成为乳白色液体，到熔融后先成为乳白色液体，到180.6才突然变清亮。才突然变清亮。这种乳白色液体是因为液晶态存在光学各向异性引起的，是形这种乳白色液体是因为液晶态存在光学各向异性引起的，是形成液晶态的一个重要证据。最早发现的高分子液晶是合成多肽成液晶态的一个重要证据。最早发现的高分子液晶是合成多肽聚聚L-谷氨酸谷氨酸-苄酯（简称苄酯（简称PBLG），它的氯仿溶液自发产生具），它的氯仿溶液自发产生具有双折射性质的液晶相。有双折射性质的液晶相。 液晶的起源液晶的起源液晶的形

3、成的条件液晶的形成的条件（1）分子具有不对称的几何形状。分子具有不对称的几何形状。如棒状、平板状或盘状如棒状、平板状或盘状。（2）分子要有一定的刚性。如含有分子要有一定的刚性。如含有多重键、芳香环多重键、芳香环等刚性基团。等刚性基团。（3）分子之间要有适当大小的作用力来维持分分子之间要有适当大小的作用力来维持分 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极性或易极化的基团极性或易极化的基团。液晶分子的结构液晶分子的结构复合型复合型侧链型侧链型主链型主链型液晶的分类液晶的分类1.按液晶内部的有序状况分类按液晶内部的有序状况分类 近晶型（smectic，简称S相） 向列型（ne

4、matic，简称N相） 胆甾型（cholesteric，简称Ch相） 胆甾型液晶和近晶型液晶均为二维有序。因而一般情况下，加热时有序程度减少。相变序为：结晶 近晶型向列型各向同性液体，或结晶近晶型胆甾型各向同性液体。液晶的分类液晶的分类（a）近晶相近晶相(smectic)液晶液晶 近晶相液晶是由棒状或条状的分子组成，分子排列近晶相液晶是由棒状或条状的分子组成，分子排列成层，层内分子长轴相互平行或接近于平行，其方向可成层，层内分子长轴相互平行或接近于平行，其方向可以垂直于层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于分以垂直于层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于分子的长度。子的长度。液晶的分类液晶的分

5、类（b）向列型）向列型(nematic)液晶液晶 向列相液晶的分子呈棒状，分子向列相液晶的分子呈棒状，分子的长径比大于的长径比大于4，分子质心没有长程有，分子质心没有长程有序性，其长轴互相平行，但不排列成序性，其长轴互相平行，但不排列成层。向列相液晶分子的排列和运动比层。向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外力相当敏感，是目前液较自由，对外力相当敏感，是目前液晶显示器的主要材料。晶显示器的主要材料。 液晶的分类液晶的分类（c）胆甾相胆甾相(cholesteric)液晶液晶 胆甾相液晶分子呈扁平状且排列成层，层内分子相互平行。胆甾相液晶分子呈扁平状且排列成层，层内分子相互平行。相邻两层分子，其

6、长轴彼此有一轻微的扭角，多层分子的排列方向相邻两层分子，其长轴彼此有一轻微的扭角，多层分子的排列方向逐渐扭转成螺旋线，形成一个沿层的法线方向排列成逐渐扭转成螺旋线，形成一个沿层的法线方向排列成螺旋状结构螺旋状结构。液晶的分类液晶的分类三类液晶在偏光显微镜下会出现特征的图案，称为织构。向列型液晶的典型织构是纹影织构(四黑刷或两黑刷)，近晶型液晶是扇形织构，胆甾型液晶是指纹状织构。织构是由于分子的连续取向出现缺陷（称为向错）引起的。液晶的分类液晶的分类另一方面，大多数液晶高分子（无论哪种类型）在受到剪切力作用时，会形成一种所谓“条带织构”的黑白相间的规则图案，条带方向与剪切方向垂直。这是由于分子链

7、被取向后再停止剪切时回缩形成的一种波浪形或锯齿形结构，它们在偏光显微镜下发生规则的消光而引起的。因而出现条带织构也往往作为高分子形成液晶的证据。液晶的分类液晶的分类2.按生成方式分类按生成方式分类液晶分成热致性液晶和溶致性液晶。前者在一定的温度范围内形成液晶，在升温过程中相变过程为：结晶固体液晶态各向同性熔体。后者则是溶于溶剂并高于一定浓度和低于一定温度时形成液晶，在纯物质中不形成。形成溶致性液晶的最低浓度称为临界浓度。液晶的分类液晶的分类3.按分子结构分类按分子结构分类只有刚性或半刚性分子链才能形成液晶。刚性或半刚性分子链可以看成由棒状的基本结构单元（即液晶基元）单独或与柔性单元共同组成。因

8、而按液晶基元在分子链中的位置，高分子液晶又可分为主链型和侧链型两种。液晶的应用液晶的应用溶致性液晶聚芳酰胺是最早实现工业化生产的液晶材料，它主要通过液晶纺丝制成纤维，与普通合成纤维的纺丝相比，液晶纺丝具有以下特点：液晶溶液在高浓度下仍有低粘度，从而可以在相当高的浓度下纺丝，纺丝效率大为提高。纤维不必拉伸就具有高强度和高模量。由于在外力作用下液晶分子在流动时可进行自发有序排列，分子链间缠结少，纤维不必经牵伸就能高度取向，从而减少了牵伸对纤维的损伤。液晶高分子在纤维中几乎完全成为伸直链结构，使纤维具有高强度和高模量。液晶的应用液晶的应用 1. 提供新的高性能材料提供新的高性能材料2.促进分子工程学、合成化促进分子工程学、合成化 学、高分子物理学、高分学、高分子物理学、高分 子加工学以及高分子应用子加工学以及高分子应用 技术的发展技术的发展3.有助于对生命现象的理解有助于对生命现象的理解 4.新医药材料和医疗技术的新医药材料和医疗技术的 发现发现 目的目的液晶的应用液晶的应用 结构材料结构材料电子、机械、军事、航电子、机械、军事、航空航天空航天功能材料功能材料光电显示、记录、储存、光电显示、记录、储存、调制和膜分离材料调制和膜分离材料在生命科学，蛋白质、在生命科学，蛋白质、核酸、病毒、细胞核