《液晶化学结构》PPT课件.ppt
液液 晶晶 性性 与与 分分 子子 结结 构构小分子液晶小分子液晶 大多数液晶物质是长棒状或长条状的大多数液晶物质是长棒状或长条状的Anisotropic molecules which give rise to liquid crystalline phases 小分子液晶分子的长度约为小分子液晶分子的长度约为20-40 ，宽度约为，宽度约为4-5 4-5。理理论论和和实实践践表表明明，当当分分子子的的长长宽宽比比（或或轴轴比比）大大于于4 4左右的物质才可能呈现液晶态。左右的物质才可能呈现液晶态。圆盘状分子的液晶相圆盘状分子的液晶相 1977年发现圆盘分子苯六聚代羧酸酯也可形成液晶相，这种年发现圆盘分子苯六聚代羧酸酯也可形成液晶相，这种分子由一个刚性的核和六条可弯曲的脂肪链组成分子由一个刚性的核和六条可弯曲的脂肪链组成.典型的圆盘状分子结构典型的圆盘状分子结构 一般盘状分子的厚度在一般盘状分子的厚度在10A以内，直径为数十埃以内，直径为数十埃 小分子液晶在分子结构上大致有以下特点：小分子液晶在分子结构上大致有以下特点：1.其其几几何何形形状状与与球球状状分分子子相相比比具具有有明明显显的的各各向向异异性性，长长度度和和直直径径厚厚度度比比都都要要达达到到定定值值；存存在在极极性或易于极化的原子或原子团；性或易于极化的原子或原子团；2.有有足足够够的的分分子子刚刚性性以以维维持持伸伸长长或或圆圆盘盘形形的的几几何何形状。形状。classical structure of calamitic liquid crystal液晶基元液晶基元 /桥键桥键 /柔性间隔柔性间隔 /取代取代基基液晶分子液晶分子常见的液晶基元核心成分是常见的液晶基元核心成分是-1，4-亚苯基亚苯基若在苯环间引入某些能维持分子的直线形状，同若在苯环间引入某些能维持分子的直线形状，同时也能降低分子刚性的键桥时也能降低分子刚性的键桥COO，CHCH，一，一NN一，一，CHN一，一，N=N(O)有利于液晶相的形成有利于液晶相的形成 一一Hg 作作为为键键桥桥，由由于于分分子子基基本本保保持持直直线线的的几几何形状，都能生成液晶相。何形状，都能生成液晶相。扭结基团改变分子的线性，降低分子的刚性扭结基团改变分子的线性，降低分子的刚性，分分子的长棒结构被破坏。子的长棒结构被破坏。O，CH2一，一，S柔性间隔柔性间隔 在在两两个个液液晶晶基基元元之之间间插插入入线线性性柔柔性性成成分分，若若n 不不甚甚大大、且且为为偶偶数数，仍仍有有可可能能维维持持分分子子大大致致的的直直线线形形状状，但但分分子子的的刚刚性性明明显显下下降降对对分分子子生生成成液液晶晶相相的的能能力力和和液液晶晶相相的的热热稳稳定定性性都都有有明明显显的的影影响响。Ti 随随间间隔隔链链上上碳碳原原子子数数目目增增加加按按奇奇偶偶方方式式变变化化，并并呈呈总总体体下下降降趋趋势势。而而且且相相变变焓焓、熵熵、取取向向序序参参数也为奇偶变化。数也为奇偶变化。此此外外，柔柔性性间间隔隔在在侧侧链链液液晶晶高高分分子子的的分分子子工工程程中更具有重要地位。中更具有重要地位。取代基取代基 在分子两端引入可极化的原子团，如甲基、甲氧在分子两端引入可极化的原子团，如甲基、甲氧基等可显著提高液晶相热稳定性和液晶态范围，端基等可显著提高液晶相热稳定性和液晶态范围，端基的引入不是在棒状分子的长轴方向而是以侧基形基的引入不是在棒状分子的长轴方向而是以侧基形式存在，分子的长径比降低，而分子间距离增大，式存在，分子的长径比降低，而分子间距离增大，有碍分子间紧密缩积其结果是有碍分子间紧密缩积其结果是Ti 和和Tm都下降。都下降。分子间引力与液晶的种类分子间引力与液晶的种类 具具有有液液晶晶性性质质的的化化合合物物应应当当具具备备以以下下两两项项必必要要的条件：的条件：（1）化化合合物物的的分分子子结结构构具具有有适适于于液液晶晶状状态态平平行排列的几何形状行排列的几何形状（2）化化合合物物的的晶晶体体即即使使熔熔融融之之后后，仍仍能能维维持持平行排列所必需的足够大的分子间引力平行排列所必需的足够大的分子间引力某一化合物呈现的液晶相的类型，取决于分子末某一化合物呈现的液晶相的类型，取决于分子末端之间和侧面之间引力的相对强弱端之间和侧面之间引力的相对强弱 向列型液晶的分子排列和分子间引力向列型液晶的分子排列和分子间引力 烷基链长的效应烷基链长的效应不饱和键的效应不饱和键的效应支链和取代基的效应支链和取代基的效应极性基团位置和介电各向异性极性基团位置和介电各向异性N-4-甲氧苯亚甲基甲氧苯亚甲基对氨基苯羧酸酯同系物的对氨基苯羧酸酯同系物的烷基链长和相变温度烷基链长和相变温度N-4-甲氧苯亚甲基甲氧苯亚甲基对氨基苯羧酸酯同系物的对氨基苯羧酸酯同系物的烷基链长和相变温度烷基链长和相变温度双键对双键对N-4-甲氧苯亚甲基甲氧苯亚甲基对氨基苯羧酸酯同系物对氨基苯羧酸酯同系物相变温度的影响相变温度的影响支链烷基对支链烷基对N-4-甲氧苯亚甲基甲氧苯亚甲基对氨基苯羧酸酯同系物对氨基苯羧酸酯同系物相变温度的效应相变温度的效应取代基对取代基对N-4-甲氧苯亚甲基甲氧苯亚甲基对氨基苯羧酸酯同系物对氨基苯羧酸酯同系物相变温度的影响相变温度的影响支链和取代基引起的分子幅度的变化支链和取代基引起的分子幅度的变化（a）R为饱和烷基链为饱和烷基链 （b）R为支链或有支链的苯环为支链或有支链的苯环极性基团对液晶介电各向异性的影响极性基团对液晶介电各向异性的影响 溶溶 致致 液液 晶晶双亲性分子和极性溶剂组成溶致液晶双亲性分子和极性溶剂组成溶致液晶双亲性分子由亲水头和疏水尾组成双亲性分子由亲水头和疏水尾组成典型的头部：典型的头部：OH,COONa，SO3K，一，一O(CH2CH2O)n H，一一N(CH3)3Br,PO4CH2CH2NH2等；等；典型的尾部：典型的尾部：CnH2n+1,-C6H4-CnH2n+1以及其他含有长的烃链基团。以及其他含有长的烃链基团。肥皂水的相图和相结构肥皂水的相图和相结构 双亲分子月桂酸钠（钾）的结构双亲分子月桂酸钠（钾）的结构 磷脂酰胆碱分子结构图磷脂酰胆碱分子结构图 溶致液晶片状相结构溶致液晶片状相结构 双亲性分子按化学结构可分为离子型和非离子型双亲性分子按化学结构可分为离子型和非离子型 有些非双亲性分子可以在一定溶剂中呈现液晶态有些非双亲性分子可以在一定溶剂中呈现液晶态如多肽、脱氧核糖核酸、烟草花叶病毒、纤维素酯如多肽、脱氧核糖核酸、烟草花叶病毒、纤维素酯它们多呈现它们多呈现Ch相相 高分子液晶高分子液晶 液液晶晶高高分分子子是是在在一一定定条条件件下下能能以以液液晶晶态态存存在在的的高高分分子子，与与其其他他高高分分子子相相比比，它它有有液液晶晶相相所所特特有有的的分分子子取取向向序序相相位位置置序序；与与其其他他液液晶晶化化合合物物相相比比，又又具具有有高高分分子子量量以以及及产产生生的的特特性性。高高分分子子量量和和液液晶晶有有序序的的有有机机结结合合赋赋予予了高分子液晶以鲜明的个性和特色。了高分子液晶以鲜明的个性和特色。同低分子量液晶一样，按引起相变的主要物理因素，同低分子量液晶一样，按引起相变的主要物理因素，可把液晶高分子分为溶致液晶和热致液晶两种，按结构可把液晶高分子分为溶致液晶和热致液晶两种，按结构又有主链液晶和侧链液晶高分子之分。聚合物液晶的单又有主链液晶和侧链液晶高分子之分。聚合物液晶的单体可以是双亲性的也可以非双亲性的。体可以是双亲性的也可以非双亲性的。
