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第四章 液晶高分子材料;第一节 概述 第二节 高分子液晶的分子结构特征 第三节 高分子液晶的合成及相行为 第四节 高分子液晶的发展和应用;1.1 液晶的基本概念 物质在自然界中通常以固态、液态和气态形式 存在，即常说的三相态。在外界条件发生变化时 （如压力或温度发生变化），物质可以在三种相态 之间进行转换，即发生所谓的相变。大多数物质发 生相变时直接从一种相态转变为另一种相态，中间 没有过渡态生成。例如冰受热后从有序的固态晶体 直接转变成分子呈无序状态的液态。 ; 而某些物质的受热熔融或被溶解后，虽然失去 了固态物质的大部分特性，外观呈液态物质的流动 性，但可能仍然保留着晶态物质分子的有序排列， 从而在物理性质上表现为各向异性，形成一种兼有 晶体和液体部分性质的过渡中间相态，这种中间相 态被称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶 （liquid crystals）。其主要特征是其聚集状态在一 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。; 液晶现象是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 的现象。他发现，当该化合物被加热时，在145℃ 和179℃时有两个敏锐的“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。 ; 研究发现，处于145℃和179℃之间的液体部分 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”。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。; 小分子液晶的这种神奇状态，引起了人们的浓 厚兴趣。现已发现许多物质具有液晶特性（主要是 一些有机化合物）。形成液晶的物质通常具有刚性 的分子结构。导致液晶形成的刚性结构部分称为致 晶单元。分子的长度和宽度的比例Rl，呈棒状或 近似棒状的构象。同时，还须具有在液态下维持分 子的某种有序排列所必需的凝聚力。这种凝聚力通 常是与结构中的强极性基团、高度可极化基团、氢 键等相联系的。; 按照液晶的形成条件不同，可将其主要分为热 致性和溶致性两大类。热致性液晶是依靠温度的变 化，在某一温度范围形成的液晶态物质。液晶态物 质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的各向同性 的液体的过程是热力学一级转变过程，相应的转变 温度称为清亮点，记为Tcl。不同的物质，其清亮点 的高低和熔点至清亮点之间的温度范围是不同的。 ; 溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散，在一定 浓度范围形成的液晶态物质。 除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力 场（压力、流动场、电场、磁场和光场等）作用下 形成的液晶。例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶 态，是一种压致型液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲 酰肼在施加流动场后可呈现液晶态，因此属于流致 型液晶。; 根据分子排列的形式和有序性的不同，液晶有 三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。（见图 4—1）。;（1）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，因此得名。在这类液晶中，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。因此，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。; 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。;（2）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。; Structure of the isotropic (a) and nematic (b) phases;（3）胆甾型液晶(Cholesteric liqu