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《高分子液晶》PPT课件

呈棒状或近似棒状的构象。
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分子结构特征：② 在液态下能维持分子的某种有序排列所必需的凝聚力。
这种凝聚力通常是与结构中的强极性基团、高度可极化基团、氢键等相联系的。
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高分子液晶的分子结构特征
在高分子液晶中，致晶单元被柔性链以各种方式连接在一起。
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致晶单元通常由苯环、脂肪环、芳香杂环等通过一刚性连接单元连接组成。
液晶态物质从浑浊的各向异性的液体转变为透明的各向同性的液体的温度称为清亮点。
不同的物质，其清亮点的高低和熔点至清亮点之间的温度范围是不同的。
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溶致性液晶则是依靠溶剂的溶解分散，在一定浓度范围形成的液晶态物质。
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此外，还发现了在外力场（压力、流动场、电场、磁场和光场等）作用下形成的液晶。
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致晶单元与高分子的连接方式？
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致晶单元与高分子链的连接方式
液晶类型
结构形式
主链型
名称
纵向性垂直型星型盘型混合型
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致晶单元与高分子链的连接方式
支链型
多盘型树枝型
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致晶单元与高分子链的连接方式
侧链型
梳型多重梳型
盘梳型腰接型结合型
网型
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高分子液晶的合成
CH2OCH2CHCH3
O H
O
OH H
n
H
OCH2CHCH3
OH 45
纤维素液晶至今尚未达到实用的阶段。然而，由于胆甾型液晶形成的薄膜具有优异的力学性能、很强的旋光性和温度敏感性，可望用于制备精密温度计和显示材料。因此，这类液晶深受人们重视。

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2. 液晶的发展简史
美国物理学家L. Onsager和化学家P. J. Flory分别于 1949年和1956年对刚性棒状液晶高分子作出理论解释。但直到20世纪60年代中期，美国Du Pont公司发现聚对苯二甲酰对苯二胺的液晶溶液可纺出高强度高模量的纤维，液晶高分子才引起人们的广泛关注。
此外，美国的W.H.公司发表了液晶在平面电视、彩色电视等方面有应用前景的报道。从此，液晶逐渐走出化学家和物理学家的实验室，成为一类重要的工业材料。
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2. 液晶的发展简史 2.3 液晶高分子的发展
1923年，德国化学家D. Vorlander提出了液晶高分子的科学设想，但事实上人们对高分子液晶态的认识是从1937年Bawden等在烟草花叶病毒的悬浮液中观察到液晶态开始的。
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5. 液晶的分类
图1.4 胆甾相液晶
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6. 液晶性能的表征
高分子液晶态
差示扫描量热仪 (DSC)
偏光显微镜 (POM)
X-射线衍射 (XRD)
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6. 液晶性能的表征 6.1 热性能分析
（1）DSC 液晶的相行为研究主要采用DSC。DSC在高分子研究方面的应用特别广泛，如研究聚合物的相转变、熔点、玻璃化温度，以及研究聚合、交联、氧化、分解等反应，并测定反应温度、反应热、反应动力学参数等。
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2. 液晶的发展简史
20世纪70年代，Kevlar纤维的商品化开创了液晶高分子研究的新纪元，以后又有自增强塑料Xydar（美国 Dartco公司，1984），Vectra（美国Eastman公司，1985）和Ekonol（日本住友，1986）等聚酯类液晶高分子的工业化生产，从此，液晶高分子走上一条迅速发展的道路。

液晶高分子PPT讲稿-2024鲜版

•液晶高分子概述•液晶高分子结构与性质•液晶高分子合成与制备•液晶高分子材料性能评价•液晶高分子在显示技术中应用•液晶高分子在其他领域应用拓展•总结与展望contents目录定义光学性质分子排列可调控性定义与特点20世纪初20世纪60年代现状液晶高分子已成为显示技术、光电子器件等领域的重要材料。

随着科技的不断发展，液晶高分子的性能和应用领域仍在不断拓展。

显示技术光电子器件•生物医学：用于制造生物芯片、生物传感器等医疗器械。

前景随着科技的不断发展，液晶高分子的性能和应用领域仍在不断拓展。

未来，液晶高分子有望在柔性显示、可穿戴设备、智能家居等领域发挥更大作用。

分子结构特点有序排列刚性分子链液晶高分子的分子链在空间中呈现有序排列，形成特定的晶体结构，这是液晶性质的基础。

各向异性液晶相变行为温度诱导相变随着温度的变化，液晶高分子可以发生从晶态到液晶态，再到各向同性液态的相变过程。

压力诱导相变在某些情况下，压力也可以诱导液晶高分子发生相变。

电场和磁场诱导相变液晶高分子在电场和磁场作用下也可以发生相变，这种相变行为在显示器件等领域有重要应用。

物理化学性质光学性质液晶高分子具有独特的光学性质，如双折射、旋光性等，这些性质使得液晶高分子在显示器件、光学器件等领域有广泛应用。

力学性质由于分子链的刚性和有序排列，液晶高分子通常具有较高的力学强度和模量。

热学性质液晶高分子的热学性质也表现出各向异性，如热膨胀系数、热导率等在不同方向上有所不同。

电学性质液晶高分子在电场作用下可以发生取向变化，表现出一定的电学性质，如介电常数、电导率等。

活性聚合缩聚反应开环聚合030201合成方法与路线设计原料选择与反应条件优化选用高纯度、低杂质含量的单体和引发剂，确保产物质量和性能。

根据单体和引发剂的活性，选择合适的反应温度，提高聚合速率和产物分子量。

控制反应时间，确保聚合反应充分进行，同时避免过度聚合导致产物性能下降。

选用合适的溶剂，提高单体和引发剂的溶解度，促进聚合反应的进行。

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2.基本结构单元的不同
小分子：原子、分子和离子高分子：分子链段
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3.6.1 高分子链在晶体中的构象
影响因素：分子链本身和分子链间相互作用两种因素。
1.分子间力会影响链的相互堆砌，即影响分子间的构象和链和链之间的堆砌密度。如：氢键，范得华力等。
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高分子结晶的特点
1.晶区与非晶区共存。由于高分子为长链结构，链上的原子通过共价键相连接，因此结晶时链段是不能充分自由运动的，必定妨碍其作规整的堆积和排列，使得在高分子晶体内部往往含有比低分子晶体更多的晶格缺陷。如果晶格缺陷比较严重的话，会导致出现所谓准晶结构，甚至会成为非晶区。
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3.6.2高分子材料晶态结构模型
1、缨状微束模型
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结构特点
晶区和非晶区互相穿插，同时存在；一根分子链可以同时穿过几个晶区和非晶区，在晶区中，分子链互相平行排列形成规整的结构，但晶区的尺寸很小（10nm左右），晶区在通常情况下是无规取向的；而在非晶区中，分子链的堆砌是完全无序的。这个模型又叫两相结构模型（
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IV. 聚合物结晶过程的影响因素
（1）分子链结构聚合物的结晶能力与分子链结构密切相关，凡分子结
构对称（如聚乙烯）、规整性好（如有规立构聚丙烯）、分子链相互作用强（如能产生氢键或带强极性基团，如聚酰胺等）的聚合物易结晶。
分子链的结构还会影响结晶速度，一般分子链结构越简单、对称性越高、取代基空间位阻越小、立体规整性越好，结晶速度越快。
（2）高分子液晶的分类高分子液晶有三种不同的结构类型：近晶型、向列型和
胆甾型（三种模型的分子链可动）。

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原理：降低聚合物规整度，减小分子间力
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下面以主链型溶致性高分子液晶的合成为例
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主链型溶致性高分子液晶的合成
主链型溶致性高分子液晶主要有以下几类：（1）芳香族聚酰胺（2）聚酰胺酰阱（3）聚苯并噻唑（4）纤维素类 • 主链型溶致性高分子液晶主要应用在高强度、
高模量纤维和薄膜的制备方面
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2. 高强高模材料
• 高强高模材料包括主链型溶致和热致LCP两大类。溶致LCP材料制造纤维和薄膜，主要是聚芳酰胺如 PPTA和杂环高分子如 PBZT和 PBO。热致 LCP制造模塑制品、纤维、薄膜、涂料、粘合剂，芳香共聚酯为主，此外还有聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺等。
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溶致LCP
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高分子液晶的应用领域 • 液晶高分子由于其区别于其他高分子材
料的流变性能、各向异性以及良好的热稳定性、优异的介电、光学和机械性能，以及它的抗化学试剂能力、低燃烧性和极好的尺寸稳定性，在诸多领域日益受到重视，获得了越来越广泛的应用。
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1.液晶显示器
液晶显示技术，是应用向列型液晶的灵敏的电响应特性和优秀的光学特性。把透明的向列型液晶薄膜夹在两块导电的玻璃板之间，在施加适当电压的点上变得不透明，因此当电压以某种图形的形式加到液晶薄膜上就产生了图像。液晶显示器件最大的优点在于耗电低，可以实现微型化和超薄化。与小分子液晶材料相比，液晶高分子在图形显示方面的应用前景在于利用其优点开发大面积、平面、超薄型、直接沉积在控制电极表面的显示器，具有相当大的优势。
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谢谢
32Байду номын сангаас
个人观点供参考，欢迎讨论！
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高分子的液晶态结构.

关液晶方面的资料，发表在Chemical Review上，才引起
科学界的重视。
2. 液晶的发展简史
与此同时，液晶的应用研究也取得了一些成果。20
世纪 60年代， Fergason根据胆甾相液晶的颜色变化设计出测定表面温度的产品；Herlmeier根据向列相液晶的电光效应制成了数字显示器、液晶钟表等产品，开创了液晶电子学。
（a）向列型液晶
（b）近晶型结构
（c）胆甾型液晶
5. 液晶的分类
（a）向列型(nematic)液晶向列相液晶的分子呈棒状，分子的长径比大于 4 ，分子质心没有长程有序性，其长轴互相平行，但不排列成层，如图1.2所示。向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对
外力相当敏感，是目前液晶显示器的主要材料。
1. 物质的液晶态
1.1 液晶的概念
液晶（liquid crystalline, LC）是介于各向同
性的液体和各向异性的晶体之间的一种取向有序
的流体，它兼有液体的流动性与晶体的双折射等特征。
1. 物质的液晶态
1.2 液晶的取向
晶态
液晶态
液态
图1.1 晶态、液晶态与液态分子的排列示意图
2. 液晶的发展简史 2.1 液晶的起源与诞生
X—□—L—□—Y
(1) —□—表示分子中的刚性环状结构，如苯环等。 (2) X，Y为刚性基团上的取代基，如烷基等； (3) L为连接集基团，如酯基等。
4. 液晶分子的结构 4.2 高分子液晶的结构
能形成液晶高分子通常由刚性和柔性两部分组成。
刚性部分主要是芳香族和脂肪型环状结构，柔性部分
多是可以自由旋转的σ 键连接起来的饱和链。
液晶的研究可追溯至 19 世纪中叶，但首次

功能高分子第五章高分子液晶材料ppt课件

5.2 高分子液晶的性能分析与合成方法
共聚
采用多环芳烃替代苯以增大单体的横向尺寸；
或者在苯环的侧面引入大取代基
Vectra
Tm < 260 oC
n
m
* OC
CO *
O
n
O * Tm < 340 oC
m
Vectra的合成
• Example: poly(p-oxybenzoate/2,6-oxynaphthoate)
二、高分子液晶的分子结构与特征
影响高分子液晶形态和性能的因素
内在因素:分子结构、分子组成和分子间力。外部因素:主要包括环境温度、溶剂等。
5.1 高分子液晶概述
（内因）分子结构
刚性的致晶单元
有利于在固相中形成结晶。在转变成液相时也有利于保持晶体的有序度。规整性越好，越容易使其排列整齐，使得分子间力增
二、高分子液晶的分子结构与特征
（外因）环境温度
对热致型高分子液晶来说，最重要的影响因素是温度。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，控制温度是形成高分子液晶和确定晶相结构的主要手段。除此之外，施加一定电场或磁场力有时对液晶的形成也是必要的。
5.1 高分子液晶概述
构效关系
5.1 高分子液晶概述
二、高分子液晶的分子结构与特征
致晶单元结构
R
X
R1
亚氨基 (-C=N-) 刚性连接单元反式偶氮基 (-N=N-) （阻止两个苯环旋转）氧化偶氮基 (-NO=N-)
酯基 (-COO-) 反式乙烯基 (-C=C-)
将两个环状刚性体（苯环或脂肪环、芳香杂环）通过一个刚性连接单元（X）连接而成的刚性结构部分，称为致晶单元。