液晶態(tài)與織態(tài)結(jié)構(gòu)

1、第第2章章聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)液晶態(tài)液晶態(tài) (liquid crystal)高分子合金高分子合金 (polymer alloy) 液晶現(xiàn)象是液晶現(xiàn)象是1888年奧地利植物學(xué)家萊尼茨年奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（爾（f. reinitzer）在研究）在研究膽甾醇苯甲酯膽甾醇苯甲酯時首先時首先觀察到的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該化合物被加熱時觀察到的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該化合物被加熱時，在，在145 和和179時有兩個敏銳的時有兩個敏銳的“熔點熔點”。在在145時，晶體轉(zhuǎn)變?yōu)闀r，晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鞚岬幕鞚岬母飨虍愋缘母飨虍愋缘囊阂后w，繼續(xù)加熱至體，繼續(xù)加熱至179時，體系又進(jìn)一步轉(zhuǎn)變時，體系又進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

2、為透明的透明的各向同性的各向同性的液體。液體。 液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn) 研究發(fā)現(xiàn)，處于研究發(fā)現(xiàn)，處于145和和179之間的液體部分之間的液體部分保留了晶體物質(zhì)分子的有序排列，因此被稱為保留了晶體物質(zhì)分子的有序排列，因此被稱為“流流動的晶體動的晶體”、“結(jié)晶的液體結(jié)晶的液體”。1889年，德國科學(xué)年，德國科學(xué)家將處于這種狀態(tài)的物質(zhì)命名為家將處于這種狀態(tài)的物質(zhì)命名為“液晶液晶”（liquid crystals，lc）。 研究表明，液晶是介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種研究表明，液晶是介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種熱力學(xué)穩(wěn)定的相態(tài)，它既具有晶態(tài)的各向異性，又熱力學(xué)穩(wěn)定的相態(tài)，它既具有晶態(tài)的各向異性，又具有液態(tài)的流動

3、性。具有液態(tài)的流動性。液晶有小分子液晶和高分子液晶液晶有小分子液晶和高分子液晶, 液晶高分子具液晶高分子具有高強度、高模量、高流動性有高強度、高模量、高流動性2.4 液晶態(tài)結(jié)構(gòu)液晶態(tài)結(jié)構(gòu) liquid crystalo液晶態(tài)是物質(zhì)的一種存在形態(tài)液晶態(tài)是物質(zhì)的一種存在形態(tài), 它具有晶體的它具有晶體的光學(xué)各向異性光學(xué)各向異性, 又具有液體的流動性質(zhì)又具有液體的流動性質(zhì), 又稱又稱之為介晶態(tài)之為介晶態(tài)液晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)與分類液晶的化學(xué)結(jié)構(gòu)與分類o不論高分子還是小分子液晶，形成有序流體都不論高分子還是小分子液晶，形成有序流體都必須具備一定條件，從結(jié)構(gòu)上講，稱其為必須具備一定條件，從結(jié)構(gòu)上講，稱其為液晶液晶

4、基元基元o液晶基元包括棒狀液晶基元包括棒狀(條狀條狀)、盤狀或雙親性分子、盤狀或雙親性分子n棒狀棒狀(或條狀或條狀) 長徑比大于長徑比大于4n盤狀盤狀 軸比小于軸比小于1/4n雙親性分子雙親性分子 有特殊的相互作用力有特殊的相互作用力ch3ochnc4h9mbba c22on47oi2.5nm0.5nm5cb c18on36oic5h11cn2nmrrrrrrr =h2n+1cncooh2n+1cnoh2n+1cnocooh2n+1cncoooo-(ch2)2 ch3n=nch3 -(ch2)2 - oo-(ch2)2 ch3cn tail core tailcore tail棒狀液晶核o-(

5、ch2)2 ch3ch3 -(ch2)2 - och3 -(ch2)2 - och3 -(ch2)2 - oo-(ch2)2 ch3o-(ch2)2 ch3coretail盤狀液晶核描述液晶有序性描述液晶有序性序參數(shù)序參數(shù)so液晶分子具有沿某一方向的取向，這個液晶分子具有沿某一方向的取向，這個方向一般稱為指向矢方向一般稱為指向矢n213cos12s取向序取向序(方向序方向序) 平動序平動序(位置序位置序)orientational translational有序有序(性性)的類型：的類型：兩種有序狀態(tài)：取向序與位置序兩種有序狀態(tài)：取向序與位置序none orientational transl

6、ationalorientational+液晶的分類o按液晶基元所在位置分：按液晶基元所在位置分：n主鏈液晶主鏈液晶n側(cè)鏈液晶側(cè)鏈液晶n主側(cè)鏈液晶主側(cè)鏈液晶按液晶形成的條件分類按液晶形成的條件分類o溶致液晶：溶致液晶：n液晶物質(zhì)溶于溶劑所得到的液晶液晶物質(zhì)溶于溶劑所得到的液晶n核酸，蛋白質(zhì)，芳族聚酰胺核酸，蛋白質(zhì)，芳族聚酰胺pbt, ppta (kevlar) 和聚芳雜環(huán)和聚芳雜環(huán)pbzt, pboo熱致液晶：熱致液晶：n液晶物質(zhì)加熱熔融形成的液晶液晶物質(zhì)加熱熔融形成的液晶n共聚酯，共聚酯， 聚芳酯聚芳酯xydar, vector, rodrum按液晶核的排列分類按液晶核的排列分類o棒狀棒狀n

7、向列相向列相n：只有方向序無位置序：只有方向序無位置序n近晶近晶a相相sa：有位置序和方向序：有位置序和方向序n近晶近晶c相相sc：有位置序和方向序且既有層：有位置序和方向序且既有層面的法向方向又有晶核的共分方向面的法向方向又有晶核的共分方向o盤狀盤狀n向列相向列相 (discotic n) dnn柱相柱相向列相向列相 (nematic)只有方向序，沒有位置序只有方向序，沒有位置序近晶型液晶是所有液晶中最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類，近晶型液晶是所有液晶中最接近結(jié)晶結(jié)構(gòu)的一類，棒狀分子互相平行排列成層狀結(jié)構(gòu)。棒狀分子互相平行排列成層狀結(jié)構(gòu)。分子的長軸垂分子的長軸垂直于層狀結(jié)構(gòu)平面直于層狀結(jié)構(gòu)平面。層內(nèi)分

8、子排列具有二維有序性。層內(nèi)分子排列具有二維有序性。但這些層狀結(jié)構(gòu)并不是嚴(yán)格剛性的，分子可在本。但這些層狀結(jié)構(gòu)并不是嚴(yán)格剛性的，分子可在本層內(nèi)運動，但不能來往于各層之間。層狀結(jié)構(gòu)之間層內(nèi)運動，但不能來往于各層之間。層狀結(jié)構(gòu)之間可以相互滑移，而垂直于層片方向的流動卻很困難可以相互滑移，而垂直于層片方向的流動卻很困難。近晶型液晶（近晶型液晶（smectic liquid crystals，s） 這種結(jié)構(gòu)決定了近晶型液晶的這種結(jié)構(gòu)決定了近晶型液晶的粘度具有各向異粘度具有各向異性性。但在通常情況下，。但在通常情況下，層片的取向是無規(guī)的層片的取向是無規(guī)的，因，因此，宏觀上表現(xiàn)為在各個方向上都此，宏觀上表現(xiàn)

9、為在各個方向上都非常粘滯非常粘滯。 根據(jù)晶型的細(xì)微差別，近晶型液晶還可以再分根據(jù)晶型的細(xì)微差別，近晶型液晶還可以再分成成9個小類。按發(fā)現(xiàn)年代的先后依次計為個小類。按發(fā)現(xiàn)年代的先后依次計為sa、 sb 、si。近晶近晶a相相 (smectic)有位置序和方向序，但在層內(nèi)無序有位置序和方向序，但在層內(nèi)無序近晶近晶c相相有位置序和方向序，但方向矢與有位置序和方向序，但方向矢與位置矢有夾角位置矢有夾角盤狀除了剛性部分均呈長棒型結(jié)構(gòu)的液晶分子外，還有除了剛性部分均呈長棒型結(jié)構(gòu)的液晶分子外，還有一類液晶是由剛性部分呈一類液晶是由剛性部分呈盤型的分子盤型的分子形成。在形成形成。在形成的液晶中的液晶中多個盤型

10、結(jié)構(gòu)疊在一起，形成柱狀結(jié)構(gòu)。多個盤型結(jié)構(gòu)疊在一起，形成柱狀結(jié)構(gòu)。這些柱狀結(jié)構(gòu)再進(jìn)行一定有序排列形成類似于近晶這些柱狀結(jié)構(gòu)再進(jìn)行一定有序排列形成類似于近晶型液晶。這一類液晶通常記為型液晶。這一類液晶通常記為d。 膽甾型：分子是長而扁平的。它們依靠膽甾型：分子是長而扁平的。它們依靠端基的作用，平行排列成層狀結(jié)構(gòu)，長端基的作用，平行排列成層狀結(jié)構(gòu)，長軸與層片平面平行。軸與層片平面平行。 層內(nèi)分子排列與向列型類似，棒狀層內(nèi)分子排列與向列型類似，棒狀分子分層平行排列，在每個單層內(nèi)分子分子分層平行排列，在每個單層內(nèi)分子排列與向列型相似，相鄰兩層中分子長排列與向列型相似，相鄰兩層中分子長軸依次有規(guī)則地扭轉(zhuǎn)一

11、定角度，分子長軸依次有規(guī)則地扭轉(zhuǎn)一定角度，分子長軸在旋轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)3600后復(fù)原。后復(fù)原。 兩個取向相同的分子層之間的距兩個取向相同的分子層之間的距離稱為膽甾型液晶的螺距。離稱為膽甾型液晶的螺距。膽甾型膽甾型膽甾型液晶膽甾型液晶(cholesteric liquid crystals，ch)2.4.4 液晶的應(yīng)用液晶的應(yīng)用o液晶原位增強聚合液晶原位增強聚合o液晶顯示液晶顯示 lcd- liquid crystal displayo液晶紡絲：液晶紡絲：n在低牽伸倍數(shù)下獲得高度取向、高性能纖維在低牽伸倍數(shù)下獲得高度取向、高性能纖維 1975年，年，meyer等人從理論和實踐上證明了手等人從理論和實踐

12、上證明了手性近晶型液晶（性近晶型液晶（sc*型）具有型）具有鐵電性鐵電性。這一發(fā)現(xiàn)的。這一發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)實意義是將高分子液晶的響應(yīng)速度一下子現(xiàn)實意義是將高分子液晶的響應(yīng)速度一下子由毫秒由毫秒級級提高到提高到微秒級微秒級，基本上解決了高分子液晶作為圖，基本上解決了高分子液晶作為圖像顯示材料的顯示速度問題。液晶顯示材料的發(fā)展像顯示材料的顯示速度問題。液晶顯示材料的發(fā)展有了一個突破性的進(jìn)展。有了一個突破性的進(jìn)展。鐵電性. ferroelectricity. 某些非導(dǎo)電晶體或電介質(zhì)自發(fā)產(chǎn)生電極化的性質(zhì)，極化方向隨外加電場的方向而改變。 鐵電性高分子液晶鐵電性高分子液晶高分子液晶信息貯存示意圖高分子液晶信息貯

13、存示意圖向列型晶體向列型晶體完全透過完全透過沒有信息記錄沒有信息記錄局部溫度升高局部溫度升高 各向同性各向同性不透光的固體不透光的固體信號被記錄信號被記錄失去有序度失去有序度 信息貯存介質(zhì)信息貯存介質(zhì)照相機快門板照相機快門板 接插件接插件耳機部件耳機部件在無外場在無外場(電、磁、剪切電、磁、剪切)作用情況作用情況下，液晶存在多個局部取向場。兩下，液晶存在多個局部取向場。兩個局部取向場的結(jié)合部稱為旋錯個局部取向場的結(jié)合部稱為旋錯液晶在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)液晶在偏光顯微鏡下呈現(xiàn)schlieren texture，可觀察到許，可觀察到許多黑刷子，相當(dāng)于球晶的多黑刷子，相當(dāng)于球晶的maltese十字。黑刷

14、子的交匯點十字。黑刷子的交匯點為液晶不同取向場的交匯處即旋錯為液晶不同取向場的交匯處即旋錯旋錯旋錯bis(heptyloxyphenyl 2,5-thiophenedicarboxylate 2.5 高分子合金的織態(tài)結(jié)構(gòu)高分子合金的織態(tài)結(jié)構(gòu)o高分子合金又稱多組分聚合物，在該體系中高分子合金又稱多組分聚合物，在該體系中存在兩種或兩種以上不同的聚合物，不論組存在兩種或兩種以上不同的聚合物，不論組分是否以化學(xué)鍵相連接分是否以化學(xué)鍵相連接n聚合物共混物聚合物共混物 (blend): ppvc+cpe, pp+sbs, pp+eppm etc.n嵌段共聚物嵌段共聚物 (block copolymer):

15、 sbs, sann接枝共聚物接枝共聚物 (graft copolymer): absn互穿網(wǎng)絡(luò)互穿網(wǎng)絡(luò)ipn interpenetrating network高分子合金的相容性高分子合金的相容性ocompatibility and miscibilityod dg d dh td dso增容作用增容作用o相容性的表征相容性的表征n共溶劑法共溶劑法n透明性透明性n分散相形態(tài)分散相形態(tài) (tem, sem)n玻璃化溫度玻璃化溫度tg高分子合金的形態(tài)高分子合金的結(jié)構(gòu)與性能o尼龍尼龍6/聚丙烯聚丙烯n分散相尺寸幾個甚至十幾個分散相尺寸幾個甚至十幾個m mmo乙烯乙烯-丙烯丙烯-降冰片烯三元共聚物降冰片烯三元共聚物(epdm)彈性體彈性體/聚丙烯聚丙烯n當(dāng)分散相尺寸在當(dāng)分散相尺寸在