高分子液晶

          ——基本結構

液晶（Liquid Crystal）

    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，處于這種狀態下的物質稱為液晶。

圖1.固、液和液晶態的微觀示意圖

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，原來的液晶分子則稱為液晶基元。

圖2.MCLCP、SCLCP、MCSLCP、c-LCP的鏈結構

高分子液晶，簡稱LCP，高分子液晶是一類分子結構呈自發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構的液晶基元，使液晶形成剛性或半剛性鏈結構。

    根據液晶基元的位置和聚合物鏈的狀態，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)，液晶基元作為側基附著在聚合物主鏈上的側鏈型液晶高分子(SCLCP)，液晶基元同時作為主鏈和側鏈的組分的主鏈/側鏈液晶型高分子(MCSCLCP)，液晶基元并入聚合物網絡的交聯型液晶高分子(c-LCP)。

高分子液晶的自組裝

高分子液晶的空間結構

高分子液晶的自組裝使其具有了更為復雜的結構，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構和空間排列有序性。

    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的三種自組裝結構

向列型結構（Nematic）：在向列型結構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動性，其液晶基元能上下、左右、前后滑動，有序參數值S值在0.3~0.8之間。

圖4.向列型、近晶型和碟型液晶結構

近晶型液晶（Smectic）：液晶基元排列成層，層內分子長軸互相平行，液晶基元重心在層內無序，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。液晶基元可在層內前后、左右滑動，但不能在上下層之間移動。由于液晶基元運動相當緩慢，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，這類液晶擁有許多的變態，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生剪切流動。

圖5.膽甾型液晶的結構

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，在每一個平面層內液晶基元長軸平行排列，層與層之間分子長鈾逐漸偏轉，形成螺旋狀結構。其螺距大小取決于分子結構及溫度壓力、磁場或電場等外部條件。

總結與討論

結語

高分子液晶與常規結晶性高分子不同，由于其自身的結構特點，使得其既具有一定的流動性（運動能力），同時也保留了部分晶態有序排列，這使得在一定條件下，其晶態的排列和取向能夠對外界刺激做出一定的反應，使其晶態發生一定的變化，從而改變自身的性質。例如，在溫度變化的刺激下，膽甾型液晶的層間距發生變化，使得可見光通過晶區反射和發生干涉，形成可見光的顏色發生變化。

     物質的特性與其結構是一一對應的，機械力、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變；液晶高分子結構的可調節性，注定了其將具有廣闊的應用性以及巨大的發展潛力。

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