液晶材料分析和总结.docx

液晶材料及其典型应用介绍

2012年4月

液晶LCD（LiquidCrystalDisplay）对于许多人而言已经不是一个新鲜的名词。从电视到随身听的线控，它已经应用到了许多领域。液晶现象是1888年奥地利植物学家F.Reintizer在研究胆甾醇苯甲酯时首先发现的。研究表明，液晶是介于液体和晶体之间的一种特殊的热力学稳定相态，它既具有晶体的各相异性，又有液态的流动性，液晶高分子就是具有液晶性的高分子，大多数由小分子量基元键结合而成，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。下图对比了固体，液晶，液体在宏观、微观的状态[1。]

↓ ↓ ↓

排列整齐 排列整齐中带有整齐 排列不整齐

高分子液晶的发展和性质

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。液晶的发现可以追溯到1888年，奥地利植物学家FReinitzer发现，把胆甾醇苯酸脂(Chol2esterylBenzoate，C6H5CO2C27H45，简称CB)晶体加热到145.5e会熔融成为混浊的液体，145.5e就是该物质的熔点。继续加热到178.5e，混浊的液体

会突然变成清亮的液体，而且这种由混浊到清亮的过程是可逆的 [2。] OLehmann

经过系统地研究指出，在一定的温度范围内，有些物质的机械性能与各向同性液体相似[1]；但是它们的光学性质却和晶体相似，是各向异性的。因此，这些介于液体和晶体之间的相被称为液晶相。

30年代人们对液晶现象曾广泛研究过一段时间，但由于生产力水平低，未

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能得到应用。直至60年代中期，由于微电子工业、航空工业、激光、微波、超声波、全息照象、核磁共振和气液色谱等新技术的迅速发展，要求使用一些对低能量激励有灵敏响应的介质，使液晶有了用武之地。1967年R.Williams发表了液晶的电光效应后，液晶应用倍受关注，研究遍及各个领域。60年代后期液晶的研究也扩展至高分子领域。低分子液晶的发展至今已有近百年的历史，获得了深入的研究和广泛的应用。高分子液晶的发展还为时久。科学家们最早观察的高分子液晶是神经组织的结构单元脊髓液，它由磷脂和醇所组成。1937年Bawden和Pirie在烟草的马赛克病毒的悬浮液中发现了液晶行为。五十年代Elliott和Robinson等人又先后发现合成多肽也具有液晶性质。七十年代高强高模芳香族聚酞胺纤维问世，液晶纺丝技术的应用，标志着高分子液晶的研究进人了一个新的阶段[3。]七十年代中期热致聚醋液晶的出现，又开辟了高分子液晶的新领域。现在已经发现很多刚性和半刚性链的高分子，某些柔性链高分子和不少生物高分子均具有液晶行为。人们发现由刚性棒状直型结构的单体聚合而成的大分子具有同低分子液晶类似的各向异性，这种大分子表现为高度的有序性，其熔体或溶液能够以某种方式自发地取向。

1968年美国杜邦公司首先开始了研究液晶高分子聚对苯二酞对苯二胺，并利用其在溶液中于一定的温度下表现为液晶态时纺丝，1971年研究成功，取名B一纤维，1972年2月投入工业化生产，同时发表了PRD-49新纤维(聚对芳酞胺)。1973年分别定B一纤维和PRD一9纤维商品名为Kevlar及Kevlar-49（我国分别称为芳纶1414和芳纶14）Kevlar液品纤维开创了高分子液晶材料的应用史，随后，在高分子科学的领域中，各种液晶聚合物的开发和研制开始蓬勃发展。目前，实验室范围内己研制成功种类繁多的液晶聚合物，其中有的已实现了工业化生产，如热塑性注模液晶聚合物已有工业化的报道，由Dartco制造公司生产，商品名为Xydar，是一种耐高温及有其它优良综合性能的热塑性塑料[4]。

特性

取向方向的高拉伸强度和高模量

绝大多数商业化液晶高分子产品都具有这一特性。与柔性链高分子比较，分

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子主链或侧链带有介晶基元的液晶高分子，最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向。因而即使不添加增强材料，也能达到甚至超过普通工程材料用百分之十几玻纤增强后的机械强度，表现出高强度高模量的特性。如Kevlar的比强度和比模量均达到钢的十倍[5]。

突出的耐热性

由于液晶高分子的介晶基元大多由芳环构成，其耐热性相对比较突出。如Xydar的熔点为421℃，空气中的分解温度达到 560℃，其热变形温度也可达350℃，明显高于绝大多数塑料。

很低的热膨胀系数

由于具有高的取向序，液晶高分子在其流动方向的膨胀系数要比普通工程塑料低一个数量级，达到一般金属的水平，甚至出现负值。

优异的阻燃性

液晶高分子分子链由大量芳环构成，除了含有酰肼键的纤维而外，都特别难以燃烧，燃烧后产生炭化，表示聚合物耐燃烧性指标——极限氧指数(LOI)相当