高分子液晶

          ——基本結(jié)構(gòu)

液晶（Liquid Crystal）

    一般情況下，物質(zhì)發(fā)生相變是從一種相態(tài)直接轉(zhuǎn)變成另一種相態(tài)，不存在中間過渡階段，如液態(tài)無序狀態(tài)的水受冷在0℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚺帕械墓虘B(tài)晶體冰。然而某些物質(zhì)在受熱熔融或溶解后，外觀呈現(xiàn)液態(tài)的流動性，卻仍然保留著晶態(tài)物質(zhì)的分子有序排列，在物理性質(zhì)上呈現(xiàn)出各向異性，這種兼有晶體和液體部分性質(zhì)的中間過渡相態(tài)稱為液晶態(tài)，處于這種狀態(tài)下的物質(zhì)稱為液晶。

圖1.固、液和液晶態(tài)的微觀示意圖

什么是高分子液晶

  高分子液晶

（Liquid Crystal Polymer）  

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，類似于各向同性的液體。將這類液晶分子連接成大分子或?qū)⒁壕Х肿舆B接到大分子的骨架之上，使其繼續(xù)保持液晶特性，這樣就形成了高分子液晶，原來的液晶分子則稱為液晶基元。

圖2.MCLCP、SCLCP、MCSLCP、c-LCP的鏈結(jié)構(gòu)

高分子液晶，簡稱LCP，高分子液晶是一類分子結(jié)構(gòu)呈自發(fā)有序分布的高分子溶液近熔體所組成的液晶材料。屬于這類材料的高聚物的分子鏈中含有棒狀或片狀結(jié)構(gòu)的液晶基元，使液晶形成剛性或半剛性鏈結(jié)構(gòu)。

    根據(jù)液晶基元的位置和聚合物鏈的狀態(tài)，液晶基元可以分為以下幾類:液晶基元位于聚合物主鏈的主鏈型液晶高分子 (MCLCP)，液晶基元作為側(cè)基附著在聚合物主鏈上的側(cè)鏈型液晶高分子(SCLCP)，液晶基元同時作為主鏈和側(cè)鏈的組分的主鏈/側(cè)鏈液晶型高分子(MCSCLCP)，液晶基元并入聚合物網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)型液晶高分子(c-LCP)。

高分子液晶的自組裝

高分子液晶的空間結(jié)構(gòu)

高分子液晶的自組裝使其具有了更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其自組裝以液晶基元為組裝單元，使得其具有多樣的空間物理結(jié)構(gòu)和空間排列有序性。

    而液晶高分子的按液晶基元排列形式分類 可分為向列型、近晶型、膽甾型、和碟型液晶四類。

圖3.SCLCP的三種自組裝結(jié)構(gòu)

向列型結(jié)構(gòu)（Nematic）：在向列型結(jié)構(gòu)中液晶基元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(gòu)成層片。向列型液晶基元是一維有序排列，因而這種液晶有更大的運(yùn)動性，其液晶基元能上下、左右、前后滑動，有序參數(shù)值S值在0.3~0.8之間。

圖4.向列型、近晶型和碟型液晶結(jié)構(gòu)

近晶型液晶（Smectic）：液晶基元排列成層，層內(nèi)分子長軸互相平行，液晶基元重心在層內(nèi)無序，液晶基元呈二維有序排列，液晶基元長軸與層面垂直或傾斜。液晶基元可在層內(nèi)前后、左右滑動，但不能在上下層之間移動。由于液晶基元運(yùn)動相當(dāng)緩慢，因而近晶型中間相非常粘滯。近晶型液品的規(guī)整性近似晶體，是二維有序排列，其有序參數(shù)值S高達(dá)0.9，這類液晶擁有許多的變態(tài)，如圖4（a）中的SmA、SmC。

碟型液晶：盤狀液晶基元可以通過π-π相互作用組織成柱狀，然后自組裝成柱狀相，如柱狀向列相(Col N)和六方柱狀相(Col H)，此外還有盤狀向列相(nd)（圖4 b）。碟狀液晶基元一個個地重疊起來形成圓柱狀液晶基元聚集體，在與圓柱平行的方向上容易發(fā)生剪切流動。

圖5.膽甾型液晶的結(jié)構(gòu)

膽甾型液晶：是向列型液晶的一種特殊形式，其液晶基元本身平行排列，但它們的長軸是在平行面上，在每一個平面層內(nèi)液晶基元長軸平行排列，層與層之間分子長鈾逐漸偏轉(zhuǎn)，形成螺旋狀結(jié)構(gòu)。其螺距大小取決于分子結(jié)構(gòu)及溫度壓力、磁場或電場等外部條件。

總結(jié)與討論

結(jié)語

高分子液晶與常規(guī)結(jié)晶性高分子不同，由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其既具有一定的流動性（運(yùn)動能力），同時也保留了部分晶態(tài)有序排列，這使得在一定條件下，其晶態(tài)的排列和取向能夠?qū)ν饨绱碳ぷ龀鲆欢ǖ姆磻?yīng)，使其晶態(tài)發(fā)生一定的變化，從而改變自身的性質(zhì)。例如，在溫度變化的刺激下，膽甾型液晶的層間距發(fā)生變化，使得可見光通過晶區(qū)反射和發(fā)生干涉，形成可見光的顏色發(fā)生變化。

     物質(zhì)的特性與其結(jié)構(gòu)是一一對應(yīng)的，機(jī)械力、熱、紫外光、電、磁等外界條件的刺激可造成液晶聚合物的相變和形狀轉(zhuǎn)變；液晶高分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)節(jié)性，注定了其將具有廣闊的應(yīng)用性以及巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/font>