第四章、液晶高分子材料.ppt
《第四章、液晶高分子材料.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第四章、液晶高分子材料.ppt(61页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、一、前言二、结构与性质三、分类及合成四、应用,第四章、液晶高分子材料,思考题:1.什么是液晶?2.液晶分子外型特征?3.有哪几种类型?4.高分子液晶有哪些性质?5.高分子液晶在结构上有哪些特点?6.举例说明高分子液晶的应用。,一、前言物质三态:气液固 晶、非晶态许多无机物或小分子有机物都是晶态存在,如NaCl、冰糖、萘。分子排列三维有序,晶体具有各向异性,如光学、介电、介磁各向异性。物质还存在着等离子态、液晶态等。,晶体中分子(或原子|离子)之间保持吸引和排斥的平衡,当晶体受热后,在晶格上排列的分子(或原子、离子等)动能增加,振动加剧,在一定压力下,达到固态和液态平衡的温度,就是熔点(m),m
2、以下固态,m以上液态。晶态:分子(或原子、离子)排列三维有序,各向异性(刚性)液态:分子(或原子、离子)排列无序 各向同性(流动),1、液晶:1888年,奥地利植物学家Reinitzer在显微镜中观察到胆甾醇苯甲酸酯(俗称胆固醇)在145.5时,熔化成一种雾浊液体,在178.5时,突然全部变成清亮的液体当冷却时,先出现紫蓝色,而后自行消失,物质再呈混浊状液体。胆甾醇苯甲酸酯在178.5-145.5之间出现液晶态。,某些有机物的结晶,受热熔融或被溶解之后,失去了固态物质的刚性,产生了流动性,看似由结晶态变成液态,但这种流动性物质的分子仍然保持着有序排列,物理性质上呈现各向异性,再继续加热,则得到
3、各向同性的液体。即,某些结晶熔化时,要经过一种兼有液体和晶体的部分性质的流体的过渡状态。这种既有液体的流动性,又有晶体的分子排列整齐、各向异性的状态,叫做物质的液晶态。,2、液晶的结构和分类:结构:结构决定性质刚性分子结构分子间作用力分子的长/宽比:R=L/D 远大于 1 棒状或片状。如:4,4 一 二甲氧基氧化偶氮苯,是液晶物质,其结构如下图,4,4 一 二甲氧基氧化偶氮苯,(1)其分子的长宽比2.6,长厚比5.2(2)两个极性端基之间的相互作用,有利于形成似线性结构。,晶体固态刚性,浑浊液体,流动性与水相近,光学双折射,透明液体,各向同性,Tm116,Tc134 为清晰点,T,低,高,可见
4、熔点到清晰点之间的温度范围内,物质为各向异性的流动性融体,形成液晶。注意:清晰点的高低,熔点到清晰点之间的温度范围的宽度,对于不同物质不同,是由结构决定的。(结构决定性质),液晶的分类A.按结构:a.近晶型接近结晶结构(二维有序)棒状分子依靠所含官能团提供垂直于分子长轴方向的强有力相互作用,互相平行排列成层状结构。分子的长轴垂直于层片平面,在层内,分子排列保持着大量二维固体有序性。,柔性的二维分子薄片之间可以互相滑动,而垂直于层片方向的流动则要困难,粘度呈现各向异性。,近晶型,向列型,b 向列型棒状分子虽然也平行排列,但长短不一,不分层次,只有一维有序,在外力作用下发生流动时,棒状分子易沿流动
5、方向取向。,C、胆甾型 这类液晶,许多是胆甾醇衍生物,被称为胆甾型。分子是扁平的,依靠端基的相互作用,彼此平行排列成层状结构,分子长轴在层片平面上。相邻两层依次规则地扭转一定角度,层层累加而形成螺旋面结构,分子的长轴方向在旋转360后复原,,两个取向相同的分子层之间的距离,称为螺距,是表征这类液晶重要物理量。由于扭转的分子层作用,反射的白光发生色散,透射光发生偏振旋转,使液晶具有彩虹般的颜色和极高的旋光本领。,胆甾醇,B、按液晶的形成条件和组成:a、热致性由温度引起物质达到其液晶态(相)的 一般是单一组分,液晶态只能在一定温度范围内出现。b、溶致性由符合一定结构要求的化合物与溶剂组成的液晶体系
6、。水和表面活性剂(如硬脂酸钠)可形成液晶体系。C、其它类型:压致性液晶,如高压聚乙烯(PE)在3000atm下可形成。,二、高分子液晶的结构和性质:前述液晶是小分子有机物。1950年Flory曾预言会有高分子液晶,但当时并没有引起人们的注意,直到1960年代后期,液晶研究才扩展到高分子领域。,1972年美国的杜邦公司首次得到了液晶高分子,制成高取向的纤维,其商业名为Kevlar,Kevlar具有高抗张强度,从此液晶高分子成为热门研究领域。高分子液晶的结构和性质与小分子液晶相似,要求有棒状刚性结构,但又有自己的结构特点。,1、高分子液晶的结构;(1)几何因素:长径比6.4(2)分子间作用力:有特
7、定基团(3)链结构:刚、柔结合。(与小分子液晶区别)根据结构,液晶高分子可分两类:a 主链型:其分子结构模型ZXYXZ,分类:根据结构,可分两类:a 主链型:分子结构模型X为、,刚性部分Y为CC、CC、NN、NN0、CN,是扩大刚性尺寸的基团,使刚性单元的几何形状呈扁、平、长的形状。Z为C00-、COOR-和其它柔性链结构等,刚性部分,(介晶单元),柔性部分,(柔性间隔),介晶单元有相互作用,聚集排列呈一定方向,柔性间隔提供排列运动所需空间。,b.侧链型液晶-又称梳型,主链为柔性分子链,侧链含有介晶单元(似大串鞭炮),2、高分子液晶的性质a.有一定的Tc,TmTc区间为液晶态。b.各向异性:电
8、、光、磁各向异性c.粘度,高分子液晶的粘度特性很特别 它具有独特的流动性,使液晶高分子加工过程中自动取向,决定了液晶高分子材料(如纤维)具有高强度、耐高温、耐化性等优良性能。,粘度随温度和时间的变化曲线,粘度,T,C,普通的高分子的粘度随温度升高呈单调指数下降。,c*1,C*2,(20,M=29700);纵坐标为粘度;横坐标为浓度,均相液晶结构,液晶高分子的粘度随温度和溶液粘度变化的规律很复杂,Kevlar是一种溶致性液晶,就是必须将它溶在一定的溶剂中,设法形成液晶态,Kevlar是聚对苯二甲酰对苯二胺,它溶解在浓H2SO4中,刚性分子链都成伸展状态,调节溶液的浓度和温度可使溶液由各向同性转变
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四 液晶 高分子材料
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5844268.html