液晶高分子的教學課件

液

晶

高

分

子

液晶高分子內容提要第一節(jié)液晶概述1學時第二節(jié)小分子液晶的化學結構1學時第三節(jié)小分子液晶的應用物性1學時第四節(jié)高分子液晶的化學結構及制備2學時第五節(jié)高分子液晶的物理性質及應用1學時內容提要第一節(jié)液晶概述參考資料1《液晶—自然界中的奇妙物象》，彼得.J.柯林斯著，上?？萍冀逃霭嫔?，2002年2《液晶的最新技術》，松本正一等著，化學工業(yè)出版社，1991年3《聚合物液晶導論》，張其錦編著，中國科大出版社，1994年4《功能高分子材料化學》，趙文元編著，化學出版社，2008年5《功能高分子材料化學》，馬建標主編，化學出版社，2000年6《液晶高分子》，周其鳳編著，科學出版社，1994年參考資料液晶概述

液晶概述液晶

------能形成液晶態(tài)

的物質。液晶什么是液晶態(tài)？？什么是液晶態(tài)？？

晶態(tài)物質的兩種有序性：平移有序性和分子取向有序性晶態(tài)物質的兩種有序性：平移有序性和分

液晶態(tài)

---指物質介于晶態(tài)和液態(tài)間的一種介穩(wěn)態(tài)，本質上是指物質部分或全部喪失平移有序性而保持取向有序性的狀態(tài)。

液晶態(tài)與晶態(tài)的區(qū)別：部分或全部喪失平移有序性

液晶態(tài)與液態(tài)的區(qū)別：存在一定的取向有序性液晶態(tài)液晶

-----能形成液晶態(tài)

的物質。即一定條件下形成兼具液體流動性與晶體各向異性雙重特點的物質。各向異性突出表現(xiàn)在雙折射性。液晶液晶的發(fā)現(xiàn)

1850年，德國科學家W.Heintz

在研究硬脂酸甘油酯時發(fā)現(xiàn)，加熱到52°C時，開始變軟，混濁，在62.5°C

時變得很清亮，另外一個科學家Duffy認為其存在兩個熔點。液晶的發(fā)現(xiàn)1850年，德國科學家W.HeintFriedrichReinitzer(1857-1927)

膽甾醇苯甲酸酯的化學結構

FriedrichReinitzer膽甾醇苯甲酸酯OttoLehmann(1855-1922)UeberfliessendeKrystalleCrystallineFluids

OttoLehmann(1855-1922)UebeD.Vorlaender(1867-1941)

首次合成了熱致液晶，并認定液晶呈線型分子狀態(tài)D.Vorlaender(1867-1941)首次合GFreidel(1865-1933)

1922年提出液晶的三種分類和向列型(nematic)，近晶型(smectic)，膽甾型(cholesteric)的命名GFreidel(1865-1933)1922年提GlennH.BrownGlennH.BrownLiquidCrystalInstitute

1957年發(fā)表了液晶方面的綜述GlennH.BrownGeorgeW.Gray

1962年出版了

《MolecularStructureandPropertiesofLiquidCrystals》GeorgeW.Gray1962年出版了《Molec液晶的分類

近晶型(smectic)向列型(nematic)

膽甾型(cholesteric)分子排列方式

液晶的分類近晶型(smectic)分子排列方SmecticEfocalconicfantextureSmecticCtexture

近晶型液晶（層狀相）起源于希臘語（σμεγμα）

焦錐扇形紋理SmecticEfocalconicfantextLayeredstructureTiltedlayeredstructureinsmecticAphaseinsmecticCphase

棒狀分子成層狀構造。每一層的分子長軸方向相互平行且垂直或有一傾斜角于層面，結構非常近似于晶體，所以稱做「近晶相」；其秩序參數(shù)(orderparameter)趨近1；在層狀型液晶層與層間的鍵結會因為溫度而斷裂，所以層與層間較易滑動，但是每一層內的分子鍵結較強所以不易被打斷，因此就單層來看，其排列不僅有序且粘性較大。LayeredstructureMicroscopictextureofnematicThe“Schliren”texture.phase向列型(nematic)一詞來源于希臘（νημα）

絲狀紋理MicroscopictextureofnematicMoleculesareorientedparallelin

averagetoanaxiscalleddirectorinnematicphase分子形狀為細長棒形，長寬約1nm~10nm，棒狀分子呈平行排列，也就是分子長軸方向相互平行，但不具有分層結構。其粘度較小，較易流動(流動性來自于分子于長軸方向較易自由運動)。與層狀相液晶比較其排列較無序，也就是其秩序參數(shù)較層列型液晶小。

MoleculesareorientedparalleCholesterictextures:Oilystreaks膽甾型液晶（cholesteric）是以由膽甾醇衍生而來的化合物為基礎的。平行走向的消光條紋Cholesterictextures:OilystrMolecularstructureincholestericphase

具有如近晶型一樣的層狀結構，每一層內的分子排列的方式類似于向列型液晶。各層的分子軸紛向與鄰近層的分子軸方向有輕微的位移，其液晶分子軸的方向為螺旋構造。當分子軸方向轉了360度(即第一層分子軸方向與最后一層的分子軸同向)，這一段距離即稱為此膽固醇液晶的「螺距」(pitch)

Molecularstructureincholest1977年，S.Chandrasekhar發(fā)現(xiàn)圓盤型（discotic）液晶

DisclikemoleculeMoleculararrangementindiscoticphase

分子有對稱性良好的非極性分子組成，具有負的光學單軸性質，無旋光性1977年，S.Chandrasekhar發(fā)現(xiàn)圓盤型（dis1975年發(fā)現(xiàn)某種雙組分混合液晶的各向同性液體在冷卻過程中，出現(xiàn)各向同性液體—向列相—近晶相—向列相的相變現(xiàn)象，命名為重入液晶（reentrant）PatriciaCladis

1975年發(fā)現(xiàn)某種雙組分混合液晶的各向同性液體在冷卻過程中，重入現(xiàn)象

重入現(xiàn)象液晶形成條件

熱致液晶溶致液晶場致液晶（感應液晶）（-壓力，電場，磁場，光照）

液熱致液晶熱致液晶---將某種物質加熱或冷卻，在某一溫度范圍出現(xiàn)液晶相。熱致液晶可分為向列相(nematics)、近晶相(亦稱層狀相Smectics)和膽甾相(Cholesterics)三類溶致液晶---是某些化合物溶解于水或有機溶劑后而呈現(xiàn)的液晶相熱致液晶---由濃肥皂水溶液形成的溶致液晶的分子排列

由濃肥皂水溶液形成的溶致液晶的分子排列溶致液晶按其含水量不同形成層狀結構、多角形結構或立方結構溶致液晶按其含水量不同形成層狀結構、多角形結構或立肥皂水的相圖和相結構肥皂水的相圖和相結構液晶的表征液晶的表征

偏光顯微鏡

X射線衍射方法

DTA/DSC方法其他表征方法偏光顯微鏡偏光顯微鏡表征液晶態(tài)的基本要求---所研究的物質在所用光源的頻率范圍內透明或只有較弱吸收；研究溶致液晶態(tài)的產(chǎn)生和相分離過程，熱致液晶物質的軟化溫度或熔點，液晶態(tài)的清亮點，各液晶相間的轉變，液晶體的光學性質性，以及液晶態(tài)織構和取向缺陷等形態(tài)學問題。偏光顯微鏡表征液晶態(tài)的基本要求---所研究的物質在所用光源的

纖維狀（threaded）組織紋影(schlieren)組織小球狀(droplets)組織大理石(marbled)組織向列型液晶

Typicalnematicmarbledtexture纖維狀（threaded）組織向列型液晶Ty膽甾型液晶

平面(planer)組織扇狀(fan-shaped)組織指紋狀(finger-printed)組織血小板狀(platelet)組織藍色相(bluephase)膽甾型液晶平面(planer)組織

Cholesterictextures：Cholesterictextures:PlanarFocalconicfansCholesterictextures：CSmecticBfocalconicfans

SmecticGmosaictextureSmecticAfocalconicfantextures

SmectiMosaictexturessmecticBphasesSmecticEmosaictextureMosaictexturessmecticBphasTransitionsmectic-nematicTransitionsmectic-nematic近

晶

型

液

晶

A

短棒狀(batonets)組織、純扇狀(simplefan-shaped)組織、簡單多角形(simplepolygonal)組織

近

晶

型

液

晶

B嵌鑲組織(mosaic)、扇狀(fan-shaped)組織

近

晶

型

液

晶

C條文扇狀(striatedfan-shaped)組織、不規(guī)則扇狀(brokenfan-shaped)組織、紋影(schlieren)組織、大理石(marbled)組織

近

晶

型

液

晶

D嵌鑲(mosaic)組織近

晶

型

液

晶

E嵌鑲(mosaic)組織、樹枝狀組織、條文扇狀組織(striatedfan-shaped)

近

晶

型

液

晶

F條文扇狀(striatedfan-shaped)組織、同致異晶體(paramorphic)組織、紋影(schlieren)組織

近

晶

型

液

晶

G嵌鑲(mosaic)組織、同致異晶體(paramorphic)組織、星狀(star-shaped)組織

近晶型液晶A短棒狀(batonets)組織、純扇

錐光偏振儀觀測是在裝有勃蘭特透鏡和聚光透鏡那樣特殊透鏡的正交尼科耳偏光鏡之間進行的利用插入檢測片產(chǎn)生的效應，即可判斷液晶的光軸方向和光學性質的正負錐光偏振儀觀測是在裝有勃蘭特透UniaxialconoscopiccrossSmecticCbiaxialcrossDropletsontheedgeofasmecticAsampleUniaxialconoscopiccrossX射線波長小于原子間距和分子間距，可用于了解原子和分子的堆積排列以及這種堆積排列的有序程度等信息X-diffractionpatternX-diffractionpatternofisotropicphaseofnematicphaseX射線波長小于原子間距和分子間距，可用于了解原子和分子的堆積

X-raypatternX-raypatterninsmecticAphaseinhexaticphase

X-raypatternXDTA/DSC方法

用于研究與高分子液晶態(tài)有關的相轉變或玻璃化轉變DSCScansDTA/DSC方法用于研究與高分子液晶態(tài)有關的相轉變或玻璃

混溶實驗-------兩種液晶加熱，使其混溶，再把它們摻混到一起，然后根據(jù)混合的情況，判別這兩種液晶是相同還是不同

紅外光譜------研究分子構象、分子間相互作用隨溫度或濃度的變化以及分子鏈或液晶基元的取向性質等NMR方法-------根據(jù)不同相態(tài)下峰形和峰寬的區(qū)別研究液晶相變，不同相態(tài)中的分子構象混溶實驗紅外光譜NMR方法

小角中子散射SANS-------研究液晶高分子在液晶相中的分子構象

折射率測定

-------判斷液晶相的存在和確定相轉變溫度

粘度測定-------早期研究中曾被用來判斷向列態(tài)的形成

小角中子散射SANS折射率測定粘度測定液晶性與分子結構

液晶性與分子結構液晶分子結構特點形狀尺寸各向異性；足夠的剛性；分子間有強的相互作用，具有在液態(tài)下維持分子的某種有序排列所必需的凝聚力。這樣的結構特征使得液晶分子中常常含有芳環(huán)、不飽和鍵和極性基團等。此外，液晶的流動性要求分子結構上必須含有一定的柔性部分，如烷烴鏈等。液晶分子結構特點形狀尺寸各向異性；長棒狀小分子液晶大多數(shù)液晶物質是長棒狀或長條狀的Anisotropicmoleculeswhichgiverise

toliquidcrystallinephases

小分子液晶分子的長度約為20-40?，寬度約為4-5?。理論和實踐表明，當分子的長寬比（或軸比）大于4左右的物質才可能呈現(xiàn)液晶態(tài)。長棒狀小分子液晶Anisotropicmolecules長棒狀液晶分子的基本結構液晶基元//橋鍵//柔性間隔//取代基長棒狀液晶分子的基本結構液晶基元//橋鍵常見的液晶基元核心成分是------1，4-亞苯基

咔唑結構

喹啉結構酯環(huán)結構常見的液晶基元核心成分是------1，4-亞苯基咔唑結構扭結基團改變分子的線性，降低分子的剛性，分子的長棒結構被破壞?！狾—，—CH2一，—S—橋鍵－X－，能夠阻止兩個環(huán)的旋轉，常見的結構有：扭結基團改變分子的線性，降低分子的剛性，分子的長棒結構被破柔性間隔：結構尾端的－R，－R1是柔軟、易彎曲的各種極性或非極性基團，如：

取代基：酯基、氰基、硝基、氨基、鹵素等，對形成的液晶的穩(wěn)定性有一定影響，也是構成液晶分子不可缺少的結構因素。柔性間隔：結構尾端的－R，－R1是柔軟、易彎曲的各種極性或非圓盤狀液晶分子圓盤狀液晶分子典型的圓盤狀分子結構

一般其中心是剛性的芳香核，其外圍有幾條柔順的側鏈，一般盤狀分子的厚度在10?以內，直徑達數(shù)十埃應有較大的直徑厚度比典型的圓盤狀分子結構一般其中心是剛性的芳香核，其外圍有幾條

溶致液晶雙親性分子和極性溶劑組成溶致液晶雙親性分子由親水頭和疏水尾組成典型的頭部：－OH,—COONa，—SO3K，一O(CH2—CH2O)nH，一N(CH3)3Br,－PO4－CH2－CH2－NH2等；典型的尾部：CnH2n+1,-C6H4-CnH2n+1以及其他含有長的烴鏈基團。

溶致液晶

雙親分子月桂酸鈉（鉀）的結構雙親分子月桂酸鈉（鉀）的結構

磷脂酰膽堿分子結構圖磷脂酰膽堿分子結構圖雙親性分子按化學結構可分為離子型和非離子型

雙親性分子按化學結構可分為離子型和非離子型有些非雙親性分子可以在一定溶劑中呈現(xiàn)液晶態(tài)如多肽、脫氧核糖核酸、煙草花葉病毒、纖維素酯．它們多呈現(xiàn)Ch相有些非雙親性分子可以在一定溶劑中呈現(xiàn)液晶態(tài)分子間引力與液晶的種類

具有液晶性質的化合物應當具備以下兩項必要的條件：（1）化合物的分子結構具有適于液晶狀態(tài)平行排列的幾何形狀（2）化合物的晶體即使熔融之后，仍能維持平行排列所必需的足夠大的分子間引力分子間引力與液晶的種類具有液晶性質的化合物應當具備以下兩項某一化合物呈現(xiàn)的液晶相的類型，取決于分子末端之間和側面之間引力的相對強弱

向列型液晶的分子排列和分子間引力

某一化合物呈現(xiàn)的液晶相的類型，取決于分子末端之間和側面之間引烷基鏈長的效應不飽和鍵的效應支鏈和取代基的效應極性基團位置和介電各向異性

烷基鏈長的效應N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的烷基鏈長和相變溫度N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的烷基鏈長和相變溫度Tm,Ti隨間隔鏈上碳原子數(shù)目增加按奇偶方式變化，并呈總體下降趨勢。N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的Tm,TiN-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物雙鍵對相變溫度的影響N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物支鏈烷基對相變溫度的效應N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物取代基對N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物相變溫度的影響取代基對N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物支鏈和取代基引起的分子幅度的變化（a）R為飽和烷基鏈（b）R為支鏈或有支鏈的苯環(huán)支鏈和取代基引起的分子幅度的變化極性基團對液晶介電各向異性的影響極性基團對液晶介電各向異性的影響液晶的應用物性

液晶的應用物性

熔點（meltingpoint)----從晶體到液晶的轉變溫度，簡寫Tm

清亮點(clearingpoint)-----溫度高到一定程度使分子進一步失去取向有序時，物質從液晶相向各向同性相的轉變溫度，簡寫為Ti(Tc)熔點（meltingpoint)分子排列的有序參數(shù)S

液晶的折射率，介電常數(shù)，磁化率等物理性質的各向異性，直接依賴于液晶分子排列的有序性排列有序度由于分子熱運動造成的混亂而降低，受到分子結構或形狀等因素的影響分子排列的有序參數(shù)S液晶分子的取向方向α與指向矢（director）n的空間位置一般采用二階勒讓德多項式P2為有序參數(shù)

S=<P2>=<3cos2θ/2–1/2>完全有序，S=1；完全無序，S=0（n分子長軸優(yōu)先取向方向的單位矢量；θ是單個液晶分子長軸α與n之間的夾角）液晶分子的取向方向α與指向矢（director）n的空間位置S隨溫度的上升而下降，當溫度達到Ti（TC），S突然降至零S隨溫度的上升而下降，當溫度達到Ti（TC），S突然降至零液晶的形變展曲(K11)扭曲(K22)彎曲(K33)

液晶的三種基本變形狀態(tài)

液晶的形變展曲(K11)扭曲液晶的彈性連續(xù)體理論奧辛、措赫爾、弗蘭克等盡管液晶分子軸向變化及其微弱，但仍能顯示彈性性質，據(jù)此，把在外力作用下使液晶均勻分子排列產(chǎn)生某種變形的狀態(tài)，看作具有某種變形的彈性連續(xù)體液晶的彈性連續(xù)體理論對應的表示變形與應力之間關系的彈性系數(shù)，分別稱為展曲彈性系數(shù)（K11

）、扭曲彈性系數(shù)（K22）、彎曲彈性系數(shù)（K33）液晶的彈性系數(shù)一般在10-11-10-12N之間，比普通彈性體小很多，因此液晶分子排列容易受外場影響變形。通常情況下，K11和K33

比K22大對應的表示變形與應力之間關系的彈性系數(shù)，分別稱為展曲彈性系數(shù)向列型液晶物理常數(shù)的各向異性

向列型液晶物理常數(shù)的各向異性向列型液晶MBBA的物理常數(shù)MBBA

：N-(4-甲氧基苯亞甲基）-4‘-丁基苯胺向列型液晶MBBA的物理常數(shù)MBBA：N-(4-甲液晶的雙折射性（birefrigence）

由于液晶分子結構的非均向性，導致光線在液晶中行進的速度和感受到的折射率與光線的行進方向和偏振方向有關，所以互相正交的兩束偏振光在液晶中行進時，分別有不同的相速度，感受到的折射率也不盡相同，這種現(xiàn)象稱為“雙折射”(birefrigence)液晶的雙折射性（birefrigence）

向列型液晶和近晶型液晶膽甾型液晶（正光學性質）（負光學性質）Δn=ne-no=n‖-n〦Δn>0，正光學性質；Δn<0，負光學性質向列型液晶和近晶型液晶膽甾型液晶折射率各向異性和光學性質能使入射光的前進方向偏于分子長軸方向能改變入射光的偏振光狀態(tài)或方向能使偏振入射光相應于左旋光或右旋光進行反射或透射折射率各向異性和光學性質液晶的偏振片特性

液晶的偏振片特性液晶的電光效應（electro-opticeffect)

液晶在外電場下分子排列狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起液晶盒的光學性質也隨之變化的一種光調制現(xiàn)象液晶的電光效應液晶在外電場下分子排列狀態(tài)發(fā)生變化，從以各種電光效應為基礎的液晶顯示方式以各種電光效應為基礎的液晶顯示方式GH電光效應的原理GH電光效應的原理膽甾相液晶的選擇反射（selectivereflection)晶體衍射的布拉格公式λ---反射光的波長，p---膽甾相液晶的螺距，n---平均折射率，φ---入射光與液晶表面間的夾角溫度發(fā)生變化時，膽甾相液晶的螺距隨之改變，因而反射光的顏色也隨之變化膽甾相液晶的選擇反射（selectivereflectio有三段顯示溫度區(qū)域的膽甾型混合液晶（膽甾醇壬酸酯/戊氧基苯甲酸丁氧基二苯酯混合物）有三段顯示溫度區(qū)域的膽甾型混合液晶（膽甾醇壬酸酯/戊氧基苯甲Frederiks轉變在細長的棒狀分子的集合體液晶中，分子長軸方向的磁化率與垂直于分子長軸方向的磁化率各不相同，若對具有這種磁化率各向異性的液晶施加直流磁場H，且超過某一強度（HC），其分子軸將會向這平行于磁場的方向排列通過施加大于臨界磁場，使液晶從一種分子排列過渡到另一種分子排列，同時其光學性質隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為弗雷利克斯轉變Frederiks轉變弗雷德利克斯轉變

外加磁場引起的液晶分子排列的變化弗雷德利克斯轉變外加磁場引起的液晶分子排列的變化復習題1、什么是液晶態(tài)？2、液晶表征常用手段3、小分子液晶的分類？4、小分子液晶的分子結構特點？復習題1、什么是液晶態(tài)？液

晶

高

分

子

液晶高分子內容提要第一節(jié)液晶概述1學時第二節(jié)小分子液晶的化學結構1學時第三節(jié)小分子液晶的應用物性1學時第四節(jié)高分子液晶的化學結構及制備2學時第五節(jié)高分子液晶的物理性質及應用1學時內容提要第一節(jié)液晶概述參考資料1《液晶—自然界中的奇妙物象》，彼得.J.柯林斯著，上海科技教育出版社，2002年2《液晶的最新技術》，松本正一等著，化學工業(yè)出版社，1991年3《聚合物液晶導論》，張其錦編著，中國科大出版社，1994年4《功能高分子材料化學》，趙文元編著，化學出版社，2008年5《功能高分子材料化學》，馬建標主編，化學出版社，2000年6《液晶高分子》，周其鳳編著，科學出版社，1994年參考資料液晶概述

液晶概述液晶

------能形成液晶態(tài)

的物質。液晶什么是液晶態(tài)？？什么是液晶態(tài)？？

晶態(tài)物質的兩種有序性：平移有序性和分子取向有序性晶態(tài)物質的兩種有序性：平移有序性和分

液晶態(tài)

---指物質介于晶態(tài)和液態(tài)間的一種介穩(wěn)態(tài)，本質上是指物質部分或全部喪失平移有序性而保持取向有序性的狀態(tài)。

液晶態(tài)與晶態(tài)的區(qū)別：部分或全部喪失平移有序性

液晶態(tài)與液態(tài)的區(qū)別：存在一定的取向有序性液晶態(tài)液晶

-----能形成液晶態(tài)

的物質。即一定條件下形成兼具液體流動性與晶體各向異性雙重特點的物質。各向異性突出表現(xiàn)在雙折射性。液晶液晶的發(fā)現(xiàn)

1850年，德國科學家W.Heintz

在研究硬脂酸甘油酯時發(fā)現(xiàn)，加熱到52°C時，開始變軟，混濁，在62.5°C

時變得很清亮，另外一個科學家Duffy認為其存在兩個熔點。液晶的發(fā)現(xiàn)1850年，德國科學家W.HeintFriedrichReinitzer(1857-1927)

膽甾醇苯甲酸酯的化學結構

FriedrichReinitzer膽甾醇苯甲酸酯OttoLehmann(1855-1922)UeberfliessendeKrystalleCrystallineFluids

OttoLehmann(1855-1922)UebeD.Vorlaender(1867-1941)

首次合成了熱致液晶，并認定液晶呈線型分子狀態(tài)D.Vorlaender(1867-1941)首次合GFreidel(1865-1933)

1922年提出液晶的三種分類和向列型(nematic)，近晶型(smectic)，膽甾型(cholesteric)的命名GFreidel(1865-1933)1922年提GlennH.BrownGlennH.BrownLiquidCrystalInstitute

1957年發(fā)表了液晶方面的綜述GlennH.BrownGeorgeW.Gray

1962年出版了

《MolecularStructureandPropertiesofLiquidCrystals》GeorgeW.Gray1962年出版了《Molec液晶的分類

近晶型(smectic)向列型(nematic)

膽甾型(cholesteric)分子排列方式

液晶的分類近晶型(smectic)分子排列方SmecticEfocalconicfantextureSmecticCtexture

近晶型液晶（層狀相）起源于希臘語（σμεγμα）

焦錐扇形紋理SmecticEfocalconicfantextLayeredstructureTiltedlayeredstructureinsmecticAphaseinsmecticCphase

棒狀分子成層狀構造。每一層的分子長軸方向相互平行且垂直或有一傾斜角于層面，結構非常近似于晶體，所以稱做「近晶相」；其秩序參數(shù)(orderparameter)趨近1；在層狀型液晶層與層間的鍵結會因為溫度而斷裂，所以層與層間較易滑動，但是每一層內的分子鍵結較強所以不易被打斷，因此就單層來看，其排列不僅有序且粘性較大。LayeredstructureMicroscopictextureofnematicThe“Schliren”texture.phase向列型(nematic)一詞來源于希臘（νημα）

絲狀紋理MicroscopictextureofnematicMoleculesareorientedparallelin

averagetoanaxiscalleddirectorinnematicphase分子形狀為細長棒形，長寬約1nm~10nm，棒狀分子呈平行排列，也就是分子長軸方向相互平行，但不具有分層結構。其粘度較小，較易流動(流動性來自于分子于長軸方向較易自由運動)。與層狀相液晶比較其排列較無序，也就是其秩序參數(shù)較層列型液晶小。

MoleculesareorientedparalleCholesterictextures:Oilystreaks膽甾型液晶（cholesteric）是以由膽甾醇衍生而來的化合物為基礎的。平行走向的消光條紋Cholesterictextures:OilystrMolecularstructureincholestericphase

具有如近晶型一樣的層狀結構，每一層內的分子排列的方式類似于向列型液晶。各層的分子軸紛向與鄰近層的分子軸方向有輕微的位移，其液晶分子軸的方向為螺旋構造。當分子軸方向轉了360度(即第一層分子軸方向與最后一層的分子軸同向)，這一段距離即稱為此膽固醇液晶的「螺距」(pitch)

Molecularstructureincholest1977年，S.Chandrasekhar發(fā)現(xiàn)圓盤型（discotic）液晶

DisclikemoleculeMoleculararrangementindiscoticphase

分子有對稱性良好的非極性分子組成，具有負的光學單軸性質，無旋光性1977年，S.Chandrasekhar發(fā)現(xiàn)圓盤型（dis1975年發(fā)現(xiàn)某種雙組分混合液晶的各向同性液體在冷卻過程中，出現(xiàn)各向同性液體—向列相—近晶相—向列相的相變現(xiàn)象，命名為重入液晶（reentrant）PatriciaCladis

1975年發(fā)現(xiàn)某種雙組分混合液晶的各向同性液體在冷卻過程中，重入現(xiàn)象

重入現(xiàn)象液晶形成條件

熱致液晶溶致液晶場致液晶（感應液晶）（-壓力，電場，磁場，光照）

液熱致液晶熱致液晶---將某種物質加熱或冷卻，在某一溫度范圍出現(xiàn)液晶相。熱致液晶可分為向列相(nematics)、近晶相(亦稱層狀相Smectics)和膽甾相(Cholesterics)三類溶致液晶---是某些化合物溶解于水或有機溶劑后而呈現(xiàn)的液晶相熱致液晶---由濃肥皂水溶液形成的溶致液晶的分子排列

由濃肥皂水溶液形成的溶致液晶的分子排列溶致液晶按其含水量不同形成層狀結構、多角形結構或立方結構溶致液晶按其含水量不同形成層狀結構、多角形結構或立肥皂水的相圖和相結構肥皂水的相圖和相結構液晶的表征液晶的表征

偏光顯微鏡

X射線衍射方法

DTA/DSC方法其他表征方法偏光顯微鏡偏光顯微鏡表征液晶態(tài)的基本要求---所研究的物質在所用光源的頻率范圍內透明或只有較弱吸收；研究溶致液晶態(tài)的產(chǎn)生和相分離過程，熱致液晶物質的軟化溫度或熔點，液晶態(tài)的清亮點，各液晶相間的轉變，液晶體的光學性質性，以及液晶態(tài)織構和取向缺陷等形態(tài)學問題。偏光顯微鏡表征液晶態(tài)的基本要求---所研究的物質在所用光源的

纖維狀（threaded）組織紋影(schlieren)組織小球狀(droplets)組織大理石(marbled)組織向列型液晶

Typicalnematicmarbledtexture纖維狀（threaded）組織向列型液晶Ty膽甾型液晶

平面(planer)組織扇狀(fan-shaped)組織指紋狀(finger-printed)組織血小板狀(platelet)組織藍色相(bluephase)膽甾型液晶平面(planer)組織

Cholesterictextures：Cholesterictextures:PlanarFocalconicfansCholesterictextures：CSmecticBfocalconicfans

SmecticGmosaictextureSmecticAfocalconicfantextures

SmectiMosaictexturessmecticBphasesSmecticEmosaictextureMosaictexturessmecticBphasTransitionsmectic-nematicTransitionsmectic-nematic近

晶

型

液

晶

A

短棒狀(batonets)組織、純扇狀(simplefan-shaped)組織、簡單多角形(simplepolygonal)組織

近

晶

型

液

晶

B嵌鑲組織(mosaic)、扇狀(fan-shaped)組織

近

晶

型

液

晶

C條文扇狀(striatedfan-shaped)組織、不規(guī)則扇狀(brokenfan-shaped)組織、紋影(schlieren)組織、大理石(marbled)組織

近

晶

型

液

晶

D嵌鑲(mosaic)組織近

晶

型

液

晶

E嵌鑲(mosaic)組織、樹枝狀組織、條文扇狀組織(striatedfan-shaped)

近

晶

型

液

晶

F條文扇狀(striatedfan-shaped)組織、同致異晶體(paramorphic)組織、紋影(schlieren)組織

近

晶

型

液

晶

G嵌鑲(mosaic)組織、同致異晶體(paramorphic)組織、星狀(star-shaped)組織

近晶型液晶A短棒狀(batonets)組織、純扇

錐光偏振儀觀測是在裝有勃蘭特透鏡和聚光透鏡那樣特殊透鏡的正交尼科耳偏光鏡之間進行的利用插入檢測片產(chǎn)生的效應，即可判斷液晶的光軸方向和光學性質的正負錐光偏振儀觀測是在裝有勃蘭特透UniaxialconoscopiccrossSmecticCbiaxialcrossDropletsontheedgeofasmecticAsampleUniaxialconoscopiccrossX射線波長小于原子間距和分子間距，可用于了解原子和分子的堆積排列以及這種堆積排列的有序程度等信息X-diffractionpatternX-diffractionpatternofisotropicphaseofnematicphaseX射線波長小于原子間距和分子間距，可用于了解原子和分子的堆積

X-raypatternX-raypatterninsmecticAphaseinhexaticphase

X-raypatternXDTA/DSC方法

用于研究與高分子液晶態(tài)有關的相轉變或玻璃化轉變DSCScansDTA/DSC方法用于研究與高分子液晶態(tài)有關的相轉變或玻璃

混溶實驗-------兩種液晶加熱，使其混溶，再把它們摻混到一起，然后根據(jù)混合的情況，判別這兩種液晶是相同還是不同

紅外光譜------研究分子構象、分子間相互作用隨溫度或濃度的變化以及分子鏈或液晶基元的取向性質等NMR方法-------根據(jù)不同相態(tài)下峰形和峰寬的區(qū)別研究液晶相變，不同相態(tài)中的分子構象混溶實驗紅外光譜NMR方法

小角中子散射SANS-------研究液晶高分子在液晶相中的分子構象

折射率測定

-------判斷液晶相的存在和確定相轉變溫度

粘度測定-------早期研究中曾被用來判斷向列態(tài)的形成

小角中子散射SANS折射率測定粘度測定液晶性與分子結構

液晶性與分子結構液晶分子結構特點形狀尺寸各向異性；足夠的剛性；分子間有強的相互作用，具有在液態(tài)下維持分子的某種有序排列所必需的凝聚力。這樣的結構特征使得液晶分子中常常含有芳環(huán)、不飽和鍵和極性基團等。此外，液晶的流動性要求分子結構上必須含有一定的柔性部分，如烷烴鏈等。液晶分子結構特點形狀尺寸各向異性；長棒狀小分子液晶大多數(shù)液晶物質是長棒狀或長條狀的Anisotropicmoleculeswhichgiverise

toliquidcrystallinephases

小分子液晶分子的長度約為20-40?，寬度約為4-5?。理論和實踐表明，當分子的長寬比（或軸比）大于4左右的物質才可能呈現(xiàn)液晶態(tài)。長棒狀小分子液晶Anisotropicmolecules長棒狀液晶分子的基本結構液晶基元//橋鍵//柔性間隔//取代基長棒狀液晶分子的基本結構液晶基元//橋鍵常見的液晶基元核心成分是------1，4-亞苯基

咔唑結構

喹啉結構酯環(huán)結構常見的液晶基元核心成分是------1，4-亞苯基咔唑結構扭結基團改變分子的線性，降低分子的剛性，分子的長棒結構被破壞?！狾—，—CH2一，—S—橋鍵－X－，能夠阻止兩個環(huán)的旋轉，常見的結構有：扭結基團改變分子的線性，降低分子的剛性，分子的長棒結構被破柔性間隔：結構尾端的－R，－R1是柔軟、易彎曲的各種極性或非極性基團，如：

取代基：酯基、氰基、硝基、氨基、鹵素等，對形成的液晶的穩(wěn)定性有一定影響，也是構成液晶分子不可缺少的結構因素。柔性間隔：結構尾端的－R，－R1是柔軟、易彎曲的各種極性或非圓盤狀液晶分子圓盤狀液晶分子典型的圓盤狀分子結構

一般其中心是剛性的芳香核，其外圍有幾條柔順的側鏈，一般盤狀分子的厚度在10?以內，直徑達數(shù)十埃應有較大的直徑厚度比典型的圓盤狀分子結構一般其中心是剛性的芳香核，其外圍有幾條

溶致液晶雙親性分子和極性溶劑組成溶致液晶雙親性分子由親水頭和疏水尾組成典型的頭部：－OH,—COONa，—SO3K，一O(CH2—CH2O)nH，一N(CH3)3Br,－PO4－CH2－CH2－NH2等；典型的尾部：CnH2n+1,-C6H4-CnH2n+1以及其他含有長的烴鏈基團。

溶致液晶

雙親分子月桂酸鈉（鉀）的結構雙親分子月桂酸鈉（鉀）的結構

磷脂酰膽堿分子結構圖磷脂酰膽堿分子結構圖雙親性分子按化學結構可分為離子型和非離子型

雙親性分子按化學結構可分為離子型和非離子型有些非雙親性分子可以在一定溶劑中呈現(xiàn)液晶態(tài)如多肽、脫氧核糖核酸、煙草花葉病毒、纖維素酯．它們多呈現(xiàn)Ch相有些非雙親性分子可以在一定溶劑中呈現(xiàn)液晶態(tài)分子間引力與液晶的種類

具有液晶性質的化合物應當具備以下兩項必要的條件：（1）化合物的分子結構具有適于液晶狀態(tài)平行排列的幾何形狀（2）化合物的晶體即使熔融之后，仍能維持平行排列所必需的足夠大的分子間引力分子間引力與液晶的種類具有液晶性質的化合物應當具備以下兩項某一化合物呈現(xiàn)的液晶相的類型，取決于分子末端之間和側面之間引力的相對強弱

向列型液晶的分子排列和分子間引力

某一化合物呈現(xiàn)的液晶相的類型，取決于分子末端之間和側面之間引烷基鏈長的效應不飽和鍵的效應支鏈和取代基的效應極性基團位置和介電各向異性

烷基鏈長的效應N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的烷基鏈長和相變溫度N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的烷基鏈長和相變溫度Tm,Ti隨間隔鏈上碳原子數(shù)目增加按奇偶方式變化，并呈總體下降趨勢。N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物的Tm,TiN-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物雙鍵對相變溫度的影響N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物支鏈烷基對相變溫度的效應N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物取代基對N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物相變溫度的影響取代基對N-[4-甲氧苯亞甲基]對氨基苯羧酸酯同系物支鏈和取代基引起的分子幅度的變化（a）R為飽和烷基鏈（b）R為支鏈或有支鏈的苯環(huán)支鏈和取代基引起的分子幅度的變化極性基團對液晶介電各向異性的影響極性基團對液晶介電各向異性的影響液晶的應用物性

液晶的應用物性

熔點（meltingpoint)----從晶體到液晶的轉變溫度，簡寫Tm

清亮點(clearingpoint)-----溫度高到一定程度使分子進一步失去取向有序時，物質從液晶相向各向同性相的轉變溫度，簡寫為Ti(Tc)熔點（meltingpoint)分子排列的有序參數(shù)S