高分子液晶

物質有固、液、氣三種相態，固態又可分為晶態和非晶態。在外界條件發生變化時，物質可在三種相態間轉換，即發生相變。一般情況下，物質發生相變是從一種相態直接轉變成另一種相態，不存在中間過渡階段，如液態無序狀態的水受冷在0℃時轉變為有序排列的固態晶體冰。然而某些物質在受熱熔融或溶解后，外觀呈現液態的流動性，卻仍然保留著晶態物質的分子有序排列，在物理性質上呈現出各向異性，這種兼有晶體和液體部分性質的中間過渡相態稱為液晶態，處於這種狀態下的物質稱為液晶。液晶就是液態晶體，它具有與晶體一樣的各向異性，同時又具有液體的流動性。在分子序列中，液晶分子往往具有一維或二維遠程有序性，介於理想的液體與晶體之間，這種中間相也稱為有序流體相。液晶在分子排列形式上類似晶體呈有序排列，同時液晶又具有一定的流動性類似於各向同性的液體。將這類液晶分子連接成大分子或將液晶分子連接到大分子的骨架之上，使其繼續保持液晶特性，這樣就形成了高分子液晶。

液晶分子在空間的排列的物理結構，在空間排列有序性的不同，可分為向列型、近晶型膽甾型、和碟型液晶四類。

①向列型結構。在向列型結構中分子相互間沿長軸方向保持平行，分子只有取向有序，但其重心位置是無序的，不能構成層片。向列型液晶分子是一維有序排列，因而這種液晶有更大的運動性，其分子能上下、左右、前後滑動，有序參數值S值在0.3~0.8之間。

②近晶型液晶。分子排列成層，層內分子長軸互相平行，分子重心在層內無序，分子呈二維有序排列，分子長軸與層面垂直或傾斜。分子可在層內前後、左右滑動，但不能在上下層之間移動。由於分子運動相當緩慢，因而近晶型中間相非常粘滯。近晶型液品的規整性近似晶體，是二維有序排列，其有序參數值S高達0.9。

③膽甾型液晶。是向列型液晶的一種特殊形式，其分子本身平行排列，但它們的長軸是在平行面上，在每一個平面層內分子長軸平行排列，層與層之間分子長鈾逐漸偏轉，形成螺旋狀結構。其螺距大小取決於分子結構及溫度壓力、磁場或電場等外部條件。

④碟型液晶。碟狀分子一個個地重疊起來形成圓柱狀的分子聚集體，故又稱為柱狀相，在與圓柱平行的方向上容易發生剪切流動。

根據液晶的生成條件也可把它分為溶致液晶、熱致液晶、兼具溶致與熱致液晶、壓致液晶和流致液晶五類。

①溶致液晶。就是由容劑破壞固態結晶晶格而形成的液晶，或者說聚合物溶液達到一定濃度時，形成有序排列、產生各向異性形成的液晶。這種液晶體系含有兩種或兩種以上組分，其中一種是溶劑，並且這種液晶體系僅在一定濃度範圍內才出現液晶相。

②熱致液晶。由加熱破壞固態結晶晶格、但保留一定取向有序性而形成的液晶，即單組分物質在一定溫度範圍內出現液晶相的物質。

③兼具溶致與熱致液晶。既能在溶劑作用下形成液晶相，又能在無溶劑存在下僅在一定的溫度範圍內顯示液晶相的聚合物，稱為兼具溶致與熱致液晶高分子，典型代表是纖維索衍生物。如芳香族聚醯胺、芳香族聚酯、纖維素衍生物等。

④壓致液晶。是指壓力升高到某-一值后才能形成液晶態的某些聚合物。這類聚合物在常壓下可以不顯示液晶行為。它們的分子鏈剛性及軸比都不很大，有的甚至是柔性鏈，如聚乙烯通常不顯示液晶相，但在300MPa的壓力下也可顯示液晶相。

⑤流致液晶。是指流動場作用於聚合物溶液所形成的液晶。與溶致液晶相比，流致液晶的鏈剛性與軸比均較小。流致液晶在靜態時一般為各向同性相，但流場可迫使其分子鏈採取全伸展構象，進而轉變成液晶流體。

(1)結構材料

高分子液晶的重要應用方向就是製作高強度高模量纖維、液晶自增強塑料及原位複合材料，在航空、航天、體育用品、汽車工業、海洋工程及石油工業及其他部門得到廣泛應用。例如Kevlar49纖維具有低密度、高強度高模量、低蠕變性的特點，且在靜電荷及高溫條件下仍有優良的尺寸穩定，特別適合於作複合材料的增強纖維。Kevlar29的伸長度高，耐衝擊性優於kev-lar49，已用於製造防彈衣和各種規格的高強纜繩等。它仍是溶致性高分子液晶中規模最大的工業化產品。

(2)功能性高分字液晶的應用

小分子液晶，其分子因外界的微弱的電場、磁場和極微弱的熱刺微而改變排列方向或分子運動發生紊亂，因而它的光學性質發生改變，由於對外界刺激靈敏已被廣泛用作信息顯示和檢測材料。向列型液晶由於其顯示液晶的溫度範圍低及具有電光效應而在電子工業中用作顯示器件，膽甾型液晶具有熱光效應而被製作熱敏元件、溫度計及彩色薄膜液晶顯示器。高分子液晶由於粘性高、松池時間長、響應時間長，應用方面受到限制，但高分子液晶也因其由結構特徵帶來的易固定性、聚集態結構多樣性等特點而具有一定的功能性。除用作結構材料外，由於高分子液晶同小分子液晶一樣也具有特殊的光學性質、電光效應、熱光效應等，也可以用作信息顯示材料、光學記錄材料、儲存材料、非線性光學材料等。