液晶高分子材料课件.ppt
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1、关于液晶高分子材料第1页,此课件共54页哦2 某些物质受热某些物质受热熔融熔融或被溶剂或被溶剂溶解后溶解后,虽然它有液体的,虽然它有液体的流动性流动性,但却保持着晶态物质分子的但却保持着晶态物质分子的有序性有序性,体现出晶体的,体现出晶体的各向异性各向异性,形成一形成一类兼有类兼有晶体和液体晶体和液体部分性质的部分性质的过渡态过渡态,这种中间状态状称为这种中间状态状称为液晶态液晶态。什么是什么是液晶(液晶(LC)?第2页,此课件共54页哦3液晶的发现液晶的发现第3页,此课件共54页哦4 按分子排列的形式和有序性的不同,液晶有三种结构按分子排列的形式和有序性的不同,液晶有三种结构类型:类型:近晶
2、型近晶型、向列型向列型和和胆甾型胆甾型。近晶型近晶型 向列型向列型 胆甾型胆甾型 此外,液晶高分子中还有少数分子的形状呈盘状,此外,液晶高分子中还有少数分子的形状呈盘状,这些液晶相态归属于这些液晶相态归属于盘状液晶盘状液晶分分 类类第4页,此课件共54页哦5 近晶型液晶是所有液晶中最接近结晶结构的一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,维有序性。但这些层状结构并不是严格刚性的,分子可在
3、本层内运动,但不能来往于各层之间。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。的流动却很困难。近晶型近晶型近晶型液晶近晶型液晶通常是一种浑浊通常是一种浑浊黏稠液体黏稠液体第5页,此课件共54页哦6向列型向列型向列型液晶向列型液晶 在向列型液晶中,棒状分子只维持一维在向列型液晶中,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。因动方向取向,并
4、可在取向方向互相穿越。因此,向列型液晶的宏观黏度一般都比较小,此,向列型液晶的宏观黏度一般都比较小,是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种,是三种结构类型的液晶中流动性最好的一种,大多液晶属于这种。大多液晶属于这种。一种浑浊的可流一种浑浊的可流动的状态动的状态第6页,此课件共54页哦7胆甾型胆甾型 分子是长而扁平的。它们依靠端基的作用,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。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平行排列,在每个单层内分子排列
5、与向列型相似,相邻两层中分子长轴依次有规则地扭相似,相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转一定角度,分子长轴在旋转转一定角度,分子长轴在旋转3600后复原。后复原。胆甾型液晶胆甾型液晶 由于扭转分子层的作用,照射在其上的光将发生偏由于扭转分子层的作用,照射在其上的光将发生偏振旋转,使得振旋转,使得胆甾型液晶胆甾型液晶通常具有通常具有彩虹般彩虹般的漂亮颜色的漂亮颜色第7页,此课件共54页哦8第8页,此课件共54页哦9热致性液晶热致性液晶溶致性液晶溶致性液晶依靠温度的变化,在某一温度范围形成依靠温度的变化,在某一温度范围形成的液晶态物质的液晶态物质依靠溶剂的溶解分散,在一定浓度范围依靠溶剂的溶解分散,
6、在一定浓度范围形成的液晶态物质形成的液晶态物质按形成条件分按形成条件分 此外,在外场(如压力,流动场,电场,磁场和光场等)作用下形此外,在外场(如压力,流动场,电场,磁场和光场等)作用下形成的液晶称为感应液晶,如压致液晶、流致液晶。成的液晶称为感应液晶,如压致液晶、流致液晶。第9页,此课件共54页哦10高分子高分子液晶与液晶与小分子小分子液晶相比液晶相比特殊性特殊性 热稳定性大幅度提高热稳定性大幅度提高 热致性高分子液晶有较大的相区间温度热致性高分子液晶有较大的相区间温度 粘度大,流动行为与一般小分子溶液显著不同粘度大,流动行为与一般小分子溶液显著不同第10页,此课件共54页哦11 液晶是某些
7、物质在从固态向液态转换时形成的液晶是某些物质在从固态向液态转换时形成的一种具有特殊性质的中间相态或过渡相态。显然过一种具有特殊性质的中间相态或过渡相态。显然过渡态的形成与分子结构有着内在联系。分子结构在渡态的形成与分子结构有着内在联系。分子结构在液晶的形成过程中起着主要作用,决定着液晶的相液晶的形成过程中起着主要作用,决定着液晶的相结构和物理化学性质。结构和物理化学性质。高分子液晶的分子结构特征高分子液晶的分子结构特征第11页,此课件共54页哦12 研究表明,能够形成液晶的物质通常在分子结研究表明,能够形成液晶的物质通常在分子结构中具有刚性部分,称为构中具有刚性部分,称为致晶单元致晶单元。从外
8、形上看,。从外形上看,致晶单元通常呈现近似致晶单元通常呈现近似棒状或片状棒状或片状的形态,这样有的形态,这样有利于分子的利于分子的有序堆砌有序堆砌。这是液晶分子在液态下维持。这是液晶分子在液态下维持某种有序排列所必须的结构因素。在高分子液晶中某种有序排列所必须的结构因素。在高分子液晶中这些致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。这些致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。液晶的分子结构液晶的分子结构第12页,此课件共54页哦13 致晶单元致晶单元通常由通常由苯环、脂肪环、芳香杂环苯环、脂肪环、芳香杂环等通过等通过柔性连接单元连接组成。柔性连接单元连接组成。连接单元连接单元常见的化学结构包括亚氨基(
9、常见的化学结构包括亚氨基(CN)、氧化偶氮基(、氧化偶氮基(NON)、酯基()、酯基(COO)和乙烯基(和乙烯基(CC)等。)等。第13页,此课件共54页哦14 在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲在致晶单元的端部通常还有一个柔软、易弯曲 的的取代基(取代基(R),这个端基单元是各种极性的或非极,这个端基单元是各种极性的或非极性的基团,对形成的液晶具有一定稳定作用,因此性的基团,对形成的液晶具有一定稳定作用,因此也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的也是构成液晶分子不可缺少的结构因素。常见的R包括包括R、OR、COOR、CN、OOCR、COR、CH=CHCOOR、Cl、Br、NO2等。
10、等。第14页,此课件共54页哦15聚合物骨聚合物骨架架连接单元连接单元取代基取代基刚性体刚性体第15页,此课件共54页哦16主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶在液晶主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶在液晶形态上和物理化学性质有大差别:形态上和物理化学性质有大差别:主链型高分子液主链型高分子液晶为高强度、高模量的结构材料晶为高强度、高模量的结构材料,而侧链型高分子而侧链型高分子液晶为具有特殊性能的功能高分子材料液晶为具有特殊性能的功能高分子材料。主链型液晶高分子:主链型液晶高分子:致晶单元处在高分子主链上致晶单元处在高分子主链上侧链型液晶高分子:侧链型液晶高分子:致晶单元位于高分子侧链上致晶单元
11、位于高分子侧链上第16页,此课件共54页哦17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液晶液晶单单元与高分子元与高分子链链的的连连接方式接方式第17页,此课件共54页哦18侧链型梳型多重梳型盘梳型腰接型结合型网型第18页,此课件共54页哦19影响高分子液晶形态和性能的因素影响高分子液晶形态和性能的因素 内在因素内在因素为为分子结构、分子组成和分子间力分子结构、分子组成和分子间力。外部因素外部因素则主要包括则主要包括环境温度、溶剂环境温度、溶剂等。等。影响高分子液晶形态与性能的因素包括外在因影响高分子液晶形态与性能的因素包括外在因素和内在因素两部分。素和内在因素两部分。第19页,此课
12、件共54页哦20内部因素对高分子液晶形态与性能的影响内部因素对高分子液晶形态与性能的影响刚性部分刚性部分 高分子液晶分子中必须含有具有刚性的致高分子液晶分子中必须含有具有刚性的致晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中晶单元。刚性结构不仅有利于在固相中形成形成结晶结晶,而且在转变成液相时也有利于,而且在转变成液相时也有利于保持保持晶晶体的体的有序度。有序度。第20页,此课件共54页哦21 分子构型和分子间力在热致性高分子液晶相分子构型和分子间力在热致性高分子液晶相态和性能影响最大的因素态和性能影响最大的因素。分子间力大和分子规。分子间力大和分子规整度高虽然有利于液晶形成,但是相转变温度也整度高虽然有
13、利于液晶形成,但是相转变温度也提高,使液晶形成温度提高,不利于液晶的加工提高,使液晶形成温度提高,不利于液晶的加工和使用。和使用。溶致性高分子液晶不存在上述问题。溶致性高分子液晶不存在上述问题。分子构型分子构型和和分子间力分子间力第21页,此课件共54页哦22 致晶单元呈棒状时,有利于生成向列型或近晶型液晶;致晶单元呈棒状时,有利于生成向列型或近晶型液晶;致晶单元呈片状或盘状的,易形成胆甾醇型或盘型液晶。致晶单元呈片状或盘状的,易形成胆甾醇型或盘型液晶。致晶单元形状致晶单元形状另外,高分子链上或者致晶单元上带有不同结构和性质的另外,高分子链上或者致晶单元上带有不同结构和性质的基团,都会对高分子
14、液晶的偶极矩、电、光、磁等性质产生基团,都会对高分子液晶的偶极矩、电、光、磁等性质产生影响。影响。第22页,此课件共54页哦23 致晶单元中的刚性连接单元的结构和性质直接致晶单元中的刚性连接单元的结构和性质直接影响液晶的影响液晶的稳定性稳定性。含有双键、三键的含有双键、三键的二苯乙烯、二苯乙炔二苯乙烯、二苯乙炔类的液类的液晶的化学稳定性较差,会在紫外光作用下因聚合或晶的化学稳定性较差,会在紫外光作用下因聚合或裂解失去液晶的特性。裂解失去液晶的特性。刚性连接单元刚性连接单元第23页,此课件共54页哦24 对热致型高分子液晶来说,最重要的影响因素对热致型高分子液晶来说,最重要的影响因素是是温度温度
15、。足够高的温度能够给高分子提供足够的热。足够高的温度能够给高分子提供足够的热动能,是使相转变过程发生的必要条件。因此,控动能,是使相转变过程发生的必要条件。因此,控制温度是形成高分子液晶和确定晶相结构的主要手制温度是形成高分子液晶和确定晶相结构的主要手段。段。外部因素对高分子液晶形态与性能的影响外部因素对高分子液晶形态与性能的影响 除了内部因素外,液晶相的形成也赖于外部条除了内部因素外,液晶相的形成也赖于外部条件的作用。外在因素主要包括件的作用。外在因素主要包括环境温度和溶剂环境温度和溶剂等。等。第24页,此课件共54页哦25 对于溶致型液晶,溶剂与高分子液晶分子之间对于溶致型液晶,溶剂与高分
16、子液晶分子之间的作用起非常重要的作用的作用起非常重要的作用。溶剂的结构和极性决定。溶剂的结构和极性决定了与液晶分子间的亲和力的大小,进而影响液晶分了与液晶分子间的亲和力的大小,进而影响液晶分子在溶液中的构象,能直接影响液晶的形态和稳定子在溶液中的构象,能直接影响液晶的形态和稳定性。控制高分子液晶溶液的浓度是控制溶致型高分性。控制高分子液晶溶液的浓度是控制溶致型高分子液晶相结构的主要手段。子液晶相结构的主要手段。第25页,此课件共54页哦26 通过对共聚酯的化学结构与液晶相行为的关系通过对共聚酯的化学结构与液晶相行为的关系的大量研究,发现的大量研究,发现分子链中柔性链段的含量与分分子链中柔性链段
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