应用液晶高分子材料思考题济南大学化学化工学院.ppt

第四章、液晶高分子材料 一、前言 二、结构与性质 三、分类及合成 四、应用 思考题： 1.什么是液晶？ 2.液晶分子外型特征 ？ 3.有哪几种类型？ 4.高分子液晶有哪些性质？ 5.高分子液晶在结构上有哪些特点？ 6.举例说明高分子液晶的应用。 一、前言 物质三态：气——液——固{ 晶 、非晶态} 许多无机物或小分子有机物都是晶态存在，如NaCl、冰糖 、萘, 它们的分子排列是三维有序的，这种结构决定了晶体具有各向异性，如光学、介电、介磁各向异性等。　　　　　　　　　　　　　　 随着人们对物质状态认识的深入，发现物质除了固、液、气三态外，还存在着等离子态、液晶态、超导态、中子态等。 晶体中分子（或原子|离子）之间保持吸引和排斥的平衡，当晶体受热后，在晶格上排列的分子（或原子、离子等）动能增加，振动加剧，在一定压力下，达到固态和液态平衡的温度，就是熔点（Ｔm）， Ｔm以下固态，Ｔm以上液态。 晶体——液体 晶态：分子（或原子、离子）排列三维有序， 各向异性（刚性） 液态：分子（或原子、离子）排列无序 各向同性（流动） 1、液晶： 1888年奥地利植物学家Reinitzer在显微镜中观察到胆甾醇苯甲酸酯(俗称胆固醇)在145.5℃时，熔化成一种雾浊液体，在178.5℃时，突然全部变成清亮的液体．当冷却时，先出现紫蓝色，而后自行消失，物质再呈混浊状液体。冷却时，胆甾醇苯甲酸酯在178.5℃－145.5℃之间出现了液晶态。 某些有机物的结晶，受热熔融或被溶解之后，失去了固态物质的刚性，产生了流动性，表观上看似乎由结晶态变成液态，但这种流动性物质的分子仍然保持着有序排列，在物理性质上呈现各向异性，这种各向异性的流动液体再继续加热，则得到各向同性的液体。 也就是说，某些结晶熔化时，要经过一种兼有液体和晶体的部分性质的流体的过渡状态。这种中间状态称为液晶态。 物质的这种既有液体的流动性，又具有晶体的分子排列整齐、各向异性的状态，叫做物质的液晶态。 2、液晶的结构和分类： ⑴结构：结构决定性质 刚性的分子结构 分子间作用力 特定的分子形状，其分子的长度和宽度比：R=L / D 远大于 1 为棒状或片状。 如：4，4 一 二甲氧基氧化偶氮苯，是一种液晶物质，其结构如下图， 其分子的长宽比≈2.6，长厚比≈5.2 分子上的两个极性端基之间的相互作用，有利于形成似线性结构： 这种结构有利于液晶结构有序态的稳定。 可见熔点到清晰点之间的温度范围内，物质为各向异性的流动性融体，形成液晶。 注意：清晰点的高低，对于不同物质不同，是由结构决定的， 熔点到清晰点之间的温度范围的宽度也是因物质的不同而不同。（结构决定性质） ⑵分类 A.按结构分类： a.近晶型结构 是所有液晶中最具有接近结晶结构的一类，这类液晶中棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子长轴方向的强有力的相互作用，互相平行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层片平面，在层内，分子排列保持着大量二维固体有序性，但这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来往于各层之间， 这些柔性的二维分子薄片之间可以互相滑动，而垂直于层片方向的流动则要困难的多，这种结构决定了粘度呈现各向异性。是二维有序。 C、胆甾型结构： 在这类液晶的物质中，许多是胆甾醇的衍生物，因此胆甾醇型液晶成了这类液晶的总称。 在这类液晶中，长形分子基本上是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平行排列成层状结构，但它们的长轴是在层片平面上的，层内分子排列与向列型相似，而相邻两层内分子长轴的 取向，依次规则地扭转一定角度，层层累加而形成螺旋面结构，分子的长轴方向在旋转360°角后复原，这两个取向相同的分子层之间的距离，称为胆甾型液晶的螺距，它是表征这类液晶的一个重要物理量。由于这些扭转的分子层的作用，反射的白光发生色散，透射光发生偏振旋转，使液晶具有彩虹般的颜色和极高的旋光本领等独特的光学性质。 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3600后复原。 两个取向相同的分子层之间的距离称为胆甾型液晶的螺距。 X为 、 ，刚性部分 Y为－C＝C－、－C≡C－、－N＝N－、 －N＝N0－、－C＝N－，是扩大刚性部分尺寸的基团，使刚性单元的几何形状呈 扁、平、长的形状。 Z为－C00-、－COOR-和其它柔性链结构等  这类聚合物的主链仍为柔性高分子链，在分子的侧链中含有介晶（致介）单元，如图所示，单元是通过一柔性链段连在主链上，这样的结构，介晶（致介