第四章高分子液晶材料上课版.pptx

第四章高分子液晶材料 1 4.1高分子液晶概述 4.2高分子液晶的性能分析与合成方法 4.3高分子液晶的研究和表征方法 4.4高分子液晶的其他性质与应用 研究内容 2 3 高分子材料结晶形态 根据结晶条件不同，又可形成多种形态的晶体：单晶、球晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。 （1）单晶 具有一定几何外形的薄片状晶体。一般聚合物的单晶只能从极稀溶液（质量浓度小于0.01wt%)中缓慢结晶而成。 单晶 4 （2）球晶 聚合物最常见的结晶形态，为圆球状晶体，尺寸较大，一般是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却时形成的。球晶在正交偏光显微镜下可观察到其特有的黑十字消光或带同心圆的黑十字消光图象。 球晶的黑十字消光现象 5 球晶的偏光显微照片 6 球晶的偏光显微照片 7 7 球晶的偏光显微照片 8 8 球晶的偏光显微照片 9 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。 液晶的发现 10 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。 液晶的基本概念 液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下形成的有序流体的总称。它是一种结晶态,既具有液体的流动性又具有晶体的各向异性特征。 11 特 征 加热熔成各向同性的液体，经冷却又能回到液晶态 出现一系列光辉夺目的彩虹色 液晶的发现与此彩色现象密切相关 12 在日常生活中，液晶材料正通过各种应用及其优异性能被愈来愈多的人所认识，如彩色液晶显示器、各种传感器等,这些主要是小分子液晶材料。     液晶应用的历史却比较短，于1960年左右才开始 13 14 已发现许多一些有机化合物质具有液晶特性。形成液晶的条件： 1) 致晶单元:导致液晶形成的刚性结构部分。 2）分子的长度和宽度的比例Rl，呈棒状或 近似棒状的构象。 3）凝聚力:强极性基团、高度可极化基团、氢 键等相联系的。 小分子液晶 高分子液晶与小分子液晶相比特殊性 ① 热稳定性大幅度提高； ② 热致型高分子液晶有较大的相区间温度； ③ 粘度大，流动行为与一般溶液显著不同。 从结构上分析，除了致晶单元、取代基、末端基的影响外，高分子链的性质、连接基团的性质均对高分子液晶的相行为产生影响。 15 一、高分子液晶的分类与命名 1.根据聚合物液晶分子特征分类 按致晶单元与高分子的连接方式，可分为主链型液晶和侧链型液晶。 16 17 表5-1 致晶单元与高分子链的连接方式 液晶类型 结构形式 名称 主链型 纵向型 垂直型 星型 盘型 混合型 支链型 多盘型 树枝型 18 19 侧链型 梳型 多重梳型 盘梳型 腰接型 结合型 网型 2.按液晶的形态分类 一、高分子液晶的分类与命名 按分子排列的形式和有序性的不同，液晶主要有三种结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。 20 （1）近晶型液晶 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。 2.按液晶的形态分类（续） 近晶型 21 2.按液晶的形态分类（续） （2）向列型液晶 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 22 层列相的一种纹理 层列型之锥扇纹理 23 向列相 向列相 24 向 列 相 层列相中之TGB结构 25 2.按液晶的形态分类（续） （3）胆甾型液晶 胆甾型：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