高分子的液晶態(tài)結(jié)構(gòu)

1、物物質(zhì)質(zhì)的的存存在在形形式式晶態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)晶態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等離子態(tài)等離子態(tài)(plasmas)非晶固態(tài)非晶固態(tài)(amorphous solids)超導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài)(superconductors)中子態(tài)中子態(tài)(neutron )液晶態(tài)液晶態(tài)(liquid crystals) 液晶態(tài)液晶態(tài)被稱(chēng)為物質(zhì)的第四態(tài)或中介態(tài)，它介于液態(tài)和晶態(tài)被稱(chēng)為物質(zhì)的第四態(tài)或中介態(tài)，它介于液態(tài)和晶態(tài)之間，是自發(fā)有序但仍能流動(dòng)的狀態(tài)，又稱(chēng)為之間，是自發(fā)有序但仍能流動(dòng)的狀態(tài)，又稱(chēng)為“有序流體有序流體”。 液晶的取向液晶的取向 晶態(tài)晶態(tài) 液晶態(tài)液晶態(tài) 液態(tài)液態(tài) 晶態(tài)、液晶態(tài)與液態(tài)分子的排列示意圖晶態(tài)、液晶態(tài)與液態(tài)分子的排列示意圖

2、 88年，奧地利植物學(xué)家年，奧地利植物學(xué)家Reinitzer首先發(fā)現(xiàn)苯甲酸膽甾醇酯首先發(fā)現(xiàn)苯甲酸膽甾醇酯于于146.6熔融后先成為乳白色液體，到熔融后先成為乳白色液體，到180.6才突然變清亮。才突然變清亮。這種乳白色液體是因?yàn)橐壕B(tài)存在光學(xué)各向異性引起的，是形這種乳白色液體是因?yàn)橐壕B(tài)存在光學(xué)各向異性引起的，是形成液晶態(tài)的一個(gè)重要證據(jù)。最早發(fā)現(xiàn)的高分子液晶是合成多肽成液晶態(tài)的一個(gè)重要證據(jù)。最早發(fā)現(xiàn)的高分子液晶是合成多肽聚聚L-谷氨酸谷氨酸-芐酯（簡(jiǎn)稱(chēng)芐酯（簡(jiǎn)稱(chēng)PBLG），它的氯仿溶液自發(fā)產(chǎn)生具），它的氯仿溶液自發(fā)產(chǎn)生具有雙折射性質(zhì)的液晶相。有雙折射性質(zhì)的液晶相。 液晶的起源液晶的起源液晶的形

3、成的條件液晶的形成的條件（1）分子具有不對(duì)稱(chēng)的幾何形狀。分子具有不對(duì)稱(chēng)的幾何形狀。如棒狀、平板狀或盤(pán)狀如棒狀、平板狀或盤(pán)狀。（2）分子要有一定的剛性。如含有分子要有一定的剛性。如含有多重鍵、芳香環(huán)多重鍵、芳香環(huán)等剛性基團(tuán)。等剛性基團(tuán)。（3）分子之間要有適當(dāng)大小的作用力來(lái)維持分分子之間要有適當(dāng)大小的作用力來(lái)維持分 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極性或易極化的基團(tuán)極性或易極化的基團(tuán)。液晶分子的結(jié)構(gòu)液晶分子的結(jié)構(gòu)復(fù)合型復(fù)合型側(cè)鏈型側(cè)鏈型主鏈型主鏈型液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)1.按液晶內(nèi)部的有序狀況分類(lèi)按液晶內(nèi)部的有序狀況分類(lèi) 近晶型（smectic，簡(jiǎn)稱(chēng)S相） 向列型（ne

4、matic，簡(jiǎn)稱(chēng)N相） 膽甾型（cholesteric，簡(jiǎn)稱(chēng)Ch相） 膽甾型液晶和近晶型液晶均為二維有序。因而一般情況下，加熱時(shí)有序程度減少。相變序?yàn)椋航Y(jié)晶 近晶型向列型各向同性液體，或結(jié)晶近晶型膽甾型各向同性液體。液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)（a）近晶相近晶相(smectic)液晶液晶 近晶相液晶是由棒狀或條狀的分子組成，分子排列近晶相液晶是由棒狀或條狀的分子組成，分子排列成層，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸相互平行或接近于平行，其方向可成層，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸相互平行或接近于平行，其方向可以垂直于層面，或與層面成傾斜排列，層的厚度等于分以垂直于層面，或與層面成傾斜排列，層的厚度等于分子的長(zhǎng)度。子的長(zhǎng)度。液晶的分類(lèi)液晶的分

5、類(lèi)（b）向列型）向列型(nematic)液晶液晶 向列相液晶的分子呈棒狀，分子向列相液晶的分子呈棒狀，分子的長(zhǎng)徑比大于的長(zhǎng)徑比大于4，分子質(zhì)心沒(méi)有長(zhǎng)程有，分子質(zhì)心沒(méi)有長(zhǎng)程有序性，其長(zhǎng)軸互相平行，但不排列成序性，其長(zhǎng)軸互相平行，但不排列成層。向列相液晶分子的排列和運(yùn)動(dòng)比層。向列相液晶分子的排列和運(yùn)動(dòng)比較自由，對(duì)外力相當(dāng)敏感，是目前液較自由，對(duì)外力相當(dāng)敏感，是目前液晶顯示器的主要材料。晶顯示器的主要材料。 液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)（c）膽甾相膽甾相(cholesteric)液晶液晶 膽甾相液晶分子呈扁平狀且排列成層，層內(nèi)分子相互平行。膽甾相液晶分子呈扁平狀且排列成層，層內(nèi)分子相互平行。相鄰兩層分子，其

6、長(zhǎng)軸彼此有一輕微的扭角，多層分子的排列方向相鄰兩層分子，其長(zhǎng)軸彼此有一輕微的扭角，多層分子的排列方向逐漸扭轉(zhuǎn)成螺旋線(xiàn)，形成一個(gè)沿層的法線(xiàn)方向排列成逐漸扭轉(zhuǎn)成螺旋線(xiàn)，形成一個(gè)沿層的法線(xiàn)方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)螺旋狀結(jié)構(gòu)。液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)三類(lèi)液晶在偏光顯微鏡下會(huì)出現(xiàn)特征的圖案，稱(chēng)為織構(gòu)。向列型液晶的典型織構(gòu)是紋影織構(gòu)(四黑刷或兩黑刷)，近晶型液晶是扇形織構(gòu)，膽甾型液晶是指紋狀織構(gòu)。織構(gòu)是由于分子的連續(xù)取向出現(xiàn)缺陷（稱(chēng)為向錯(cuò)）引起的。液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)另一方面，大多數(shù)液晶高分子（無(wú)論哪種類(lèi)型）在受到剪切力作用時(shí)，會(huì)形成一種所謂“條帶織構(gòu)”的黑白相間的規(guī)則圖案，條帶方向與剪切方向垂直。這是由于分子鏈

7、被取向后再停止剪切時(shí)回縮形成的一種波浪形或鋸齒形結(jié)構(gòu)，它們?cè)谄怙@微鏡下發(fā)生規(guī)則的消光而引起的。因而出現(xiàn)條帶織構(gòu)也往往作為高分子形成液晶的證據(jù)。液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)2.按生成方式分類(lèi)按生成方式分類(lèi)液晶分成熱致性液晶和溶致性液晶。前者在一定的溫度范圍內(nèi)形成液晶，在升溫過(guò)程中相變過(guò)程為：結(jié)晶固體液晶態(tài)各向同性熔體。后者則是溶于溶劑并高于一定濃度和低于一定溫度時(shí)形成液晶，在純物質(zhì)中不形成。形成溶致性液晶的最低濃度稱(chēng)為臨界濃度。液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)3.按分子結(jié)構(gòu)分類(lèi)按分子結(jié)構(gòu)分類(lèi)只有剛性或半剛性分子鏈才能形成液晶。剛性或半剛性分子鏈可以看成由棒狀的基本結(jié)構(gòu)單元（即液晶基元）單獨(dú)或與柔性單元共同組成。因

8、而按液晶基元在分子鏈中的位置，高分子液晶又可分為主鏈型和側(cè)鏈型兩種。液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用溶致性液晶聚芳酰胺是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的液晶材料，它主要通過(guò)液晶紡絲制成纖維，與普通合成纖維的紡絲相比，液晶紡絲具有以下特點(diǎn)：液晶溶液在高濃度下仍有低粘度，從而可以在相當(dāng)高的濃度下紡絲，紡絲效率大為提高。纖維不必拉伸就具有高強(qiáng)度和高模量。由于在外力作用下液晶分子在流動(dòng)時(shí)可進(jìn)行自發(fā)有序排列，分子鏈間纏結(jié)少，纖維不必經(jīng)牽伸就能高度取向，從而減少了牽伸對(duì)纖維的損傷。液晶高分子在纖維中幾乎完全成為伸直鏈結(jié)構(gòu)，使纖維具有高強(qiáng)度和高模量。液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用 1. 提供新的高性能材料提供新的高性能材料2.促進(jìn)分子工程學(xué)、合成化促進(jìn)分子工程學(xué)、合成化 學(xué)、高分子物理學(xué)、高分學(xué)、高分子物理學(xué)、高分 子加工學(xué)以及高分子應(yīng)用子加工學(xué)以及高分子應(yīng)用 技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展3.有助于對(duì)生命現(xiàn)象的理解有助于對(duì)生命現(xiàn)象的理解 4.新醫(yī)藥材料和醫(yī)療技術(shù)的新醫(yī)藥材料和醫(yī)療技術(shù)的 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 目的目的液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料電子、機(jī)械、軍事、航電子、機(jī)械、軍事、航空航天空航天功能材料功能材料光電顯示、記錄、儲(chǔ)存、光電顯示、記錄、儲(chǔ)存、調(diào)制和膜分離材料調(diào)制和膜分離材料在生命科學(xué)，蛋白質(zhì)、在生命科學(xué)，蛋白質(zhì)、核酸、病毒、細(xì)胞核