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高分子液晶材料及应用

高分子液晶材料及应用科科I技I论f坛高分子液晶材料及应用李岳姝 (鸡西大学安全系，黑龙江鸡西 158100) 摘要：阐述了高分子液晶材料的定义，结构特征以及多种分类方法，并介绍了高分子液晶材料的性质及应用。关键词：高分子液晶材料；结构特征；分类；性质；应用引言液晶的发现最早可追溯到 l888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸酯结晶的实验时发现。第二年，德国物理学家莱曼通过偏光显微镜发现这种材料具有双折射现象，并提出了“液晶”这一学术用语，现在人们公认这两位科学家...

科科I技I论f坛高分子液晶材料及应用李岳姝 (鸡西大学安全系，黑龙江鸡西 158100) 摘要：阐述了高分子液晶材料的定义，结构特征以及多种分类方法，并介绍了高分子液晶材料的性质及应用。关键词：高分子液晶材料；结构特征；分类；性质；应用引言液晶的发现最早可追溯到 l888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸酯结晶的实验时发现。第二年，德国物理学家莱曼通过偏光显微镜发现这种材料具有双折射现象，并提出了“液晶”这一学术用语，现在人们公认这两位科学家是液晶领域的创始人。液晶高分子材料发展较晚，但目前已成为液晶中最令人关注的领域，世界各国都加大投入了围绕研究与开发液晶高分子系列产品的力量。 l定义物质有固、液、气三种相态，固态又可分为晶态和非晶态。在外界条件发生变化时，物质可在三种相态间转换，即发生相变。一般情况下，物质发生相变是从一种相态直接转变成另一种相态，不存在中间过渡阶段，如液态无序状态的水受冷在 0℃时转变为有序排列的固态晶体冰。然而，又存在某些物质，受热熔融或溶解后，外观呈现液态的流动性，却又仍然保留着品态物质的分子有序排列，在物理性质上呈现出各向异性，这种兼有晶体和液体部分性质的中间过渡相态称为液晶态。处于这种状态下的物质称为液晶。那么，将这类具有过渡相态的分子连接成大分子，或将其连接到聚合物骨架上，仍保持液晶性质的材料就称为高分子液晶材料。 2结构特征高分子液晶是由刚性部分和柔性部分组成。从外形上看，刚性部分通常近似棒状或片状，因为这样有利于分子的有序堆积。刚性部分被柔性部分以各种方式连接在一起。刚性部分通常由两个苯环、脂肪环或芳香杂环通过一个刚性连接单元连接组成。这个刚性连接单元的作用是阻止两个环的旋转，如：反式偶氮基一N=N一，反式乙烯基一C=C一等。在刚性部分的端部可以是各种柔软、易弯曲的极性或非极性基团R，如：烃基一R，腈基一CN等。液晶分子结构举例： 3分类 3．1根据液晶分子结构特征根据刚性部分在分子中的相对位置和连接次序，可将其分成主链型高分子液晶和侧链型高分子液晶。在高分子液晶中，刚性部分如果处于聚合物主链上，即为主链型液晶；刚性部分如果是由一段柔性链与聚合物主链相连，成梳状，即为侧链型液晶。在物理化学性质上方面，主链型液晶与侧链型液晶表现出相当大的差异。 3．2根据液晶形态根据刚性分子链堆砌所形成的物理结构，可分为三种织态结构：即向列型液晶、近晶型液晶和胆甾型液晶(图 1)。近晶型液晶其分子排列成层，层内分子长轴互相平行，垂直于层片平面。分子可在本层活动，不能上下层移动，二维有序，其规整性近似晶体。向列型液晶分子沿长轴方向平行排列，分子间保持与近晶型液晶相似的平行关系。分子能上下、左右、前后滑动，呈现一维有序，重心位置无序，有很大流动性。胆甾型液晶是向列型液晶的一种特殊形式。分子排列成层，层内分子排列成向列型；分子长轴平行于层的平面，层与层间分子长轴逐渐偏转，形成螺旋状。由于这些扭转作用，可以使反射白光发生色散，透射光发生偏转，具有独特的光学性质。麦近晶型液晶向型液晶图 1液晶三种织态结构 3．3根据液晶形成条件按液晶的形成条件，可分为溶致性液晶、热致性液晶、压致型液晶等等。溶致性液晶是在溶解过程中液晶分子在溶液中达到一定浓度时形成有序排列，产生各向异性构成液晶。热致性液晶是在加热熔融过程中，不完全失去晶体特征，保持一定有序性的三维各向异性的晶体所构成的液晶。 4性质及应用 4．1取向方向的高拉伸强度和高模量高分子液晶，特别是热致性主链液晶最突出的特点是在外力场中容易发生分子链取向，在取向方向上呈现高拉伸强度和高模量，特别适用于做高性能工程材料。如：芳族聚酰胺型 Kevlar纤维的比强度和比模量均达到钢的 10 倍；阿波罗登月飞船软着陆降落伞带就是用 kevlar29制备的；Kevlar纤维还可用于防弹背心，飞机、火箭外壳材料和雷达天线罩等。 4．2耐热性与阻燃性突出由于高分子液晶的刚性部分大多由芳环构成，其耐热性相对比较突出。如：聚芳酯型 Xydar纤维的熔点为421℃，空气中的分解温度达到 560℃，其热变形温度也可达 350℃，明显高于绝大多数塑料。同时，由于大量芳香环的存在，除了含有酰肼键的纤维外，都特别难以燃烧。如：Kevlar在火焰中有很好的尺寸稳定性，若在其中添加少量磷等，高分子液晶的阻燃性能更好。 4l3电性能和成型加工性优异高分子液晶的绝缘强度高和介电常数低，而且两者都很少随温度的变化而变化，并且导热和导电性能低。由于分子链中柔性部分的存在，其流动性能好，成型压力低，因此可用普通的塑料加工设备来注射或挤出成型，所得成品的尺寸很精确。 4,4作为信息存储介质带有信息的激光束照射液晶存储介质时，局部温度升高，液晶聚合物熔融成各向同性的液体，从而失去有序度。激光束消失以后，又凝结成为不透光的固体，信号被记录。液晶高分子用于存储显示寿命长、对比度高、存储可靠、擦除方便，因此有极为广阔的发展前景。 4．5精密温度指示材料向列型液晶和胆甾型液晶的混合物呈平行并顺次扭转的螺旋结构，而且其螺距随温度变化而发生显著变化。被测物体的表面温度若有变化，液晶分子排列的螺距即发生变化，偏振光的旋转角度也随之发生变化，因而返回光的强度也会发生变化。人们利用此现象制造出微温传感器。 4．6高分子液晶显示材料在电场作用下高分子液晶具有从无序透明态到有序非透明态的转变能力，在理论上可以与用显示器件。但目前尚未进入实际应用阶段。 5发展前景高分子液晶作为一种较新的高分子材料，人们对它的认识还不足。但可以肯定在不远的将来，高分子液晶的应用会愈来愈广泛，对人类的生存和发展做出新的贡献。参考文献【11~ol德峥．精细化工生产工艺学【M】．北京：化学工业出版社．2000．【2】赵文元，王亦军．功能高分子材料化学【M】．北京：化学工业出版社。1996 【3】吴大诚等．高分子物理【M】、成都：四川出版社， 1988．『4】F、P、La Manatia，”Thermotropic Liquid Crystal Polymer Blends”，Technomic Pub．Co．，Lancaster， l993．【5】谢静蔚，江明．高分子材料科学与工程[J】． 1987，4，7．作者简介：李岳姝(1979～)，女，硕士生，主要从事材料科学研究。一 56一届维普资讯 http://www.cqvip.com

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