近晶型结构规整性与晶相最为接近,这类液晶中棒状分子平行排列成层状结构,分子轴垂直于层面,棒状分子只能在层内活动,而不能越出本层。聚丙烯酸胆甾酯类中,由于引入了液晶化合物侧链,形成梳形结构,易分层排列,表现为近晶型结构液晶。1

液晶态结构某些物质的结晶受热熔融或被溶剂溶解之后,虽然失去固态物质的刚性,而获得液态的流动性,却仍然部分地保留着晶态物质分子的有序排列,从而在物理性质上呈现各向异性,形成一种兼有晶体和液体的部分性质的过渡态,这种由固态向液态转化过程中存在的中间态称为液晶态,处在这种状态下的物质称为液晶。

液晶现象最早在1889年由奥地利植物学家赖尼策尔(Reinitzer)对苯甲酸胆甾醇酯加热时发现,在145℃下该固体熔解为白色浑浊各向异性液体;而当这种液体再加热到179℃时,又转变为各向同性清澈透明液体。

液晶具有液体的易流动性,然又不同一般的液体,其组成分子呈现各向异性排列,即液晶分子具有长程一维或两维的取向序但没有长程的位置序(只可能具有短程位置序)。因此,液晶又可称为位置无序晶体或取向有序液体,液晶材料无论在结构方面或是在稳定温度范围方面均是介乎各向同性液体与各向异性晶体之间的一种物质。液晶的堆垛分数比正常的各向同性液体略高。形成液晶的有机分子通常是具有刚性结构的分子,把这样的结构部分称为液晶原或介原,是液晶各向异性所必须的结构因素。由于液晶分子取向分布易通过所加的外场控制,所以液晶材料在光一电装置,特别是液晶显示器(LCD)技术中有很多应用。此外,因为它的分子具有取向序,所以可以由取向液晶聚合物获得高强度的纤维。2

近晶型结构示意图近晶型液晶是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类,并因此而得名。近晶型液晶分子分布的示意图参看下图。

在这类液晶中,棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子长轴方向的强有力的相互作用,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,但这些层片又不是严格刚性的,分子可以在本层内活动,但不能来往于各层之间,结果这些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得多。这种结构决定了其黏度呈现各向异性的可能性,只是在通常情况下,各部分的层片取向并不统一,因而近晶型液晶一般在各个方向上都是非常黏滞的。2

近晶型结构应用高分子液晶特殊的物理性质,不仅在理论上有研究价值,而且也有重要的实用意义.如高分子胆甾型液晶能随温度变化而改变颜色,可用于测量微小温度变化及无损探伤,液晶对光、热、力、电磁、辐射及气氛的微小扰动的敏感性,使之具有广阔的应用前景。目前,最令人感兴趣的是它独特的流动性:高浓度低粘度和在低剪切应力下具有高取向度,因而有可能利用普通纺丝设备,纺出超高强度的纤维。美国杜邦公司利用液晶纺丝制成的Kevlar 49纤维,其抗张强度已达3.5×109N·m-2相当于钢丝的6~7倍,其制品已用作宇航结构材料。1

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李勇 - 副教授 - 西南大学