高分子液晶的物理性質(zhì)及其應(yīng)用
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旋光性及色散：膽甾相液晶的旋光率可表示為 。負(fù)號(hào)為旋光符號(hào)，與膽甾相的螺旋符號(hào)相反。
螺距與溫度、電磁場(chǎng)的關(guān)系：膽甾相的螺距p極易隨溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、化學(xué)環(huán)境、壓力、聲波和各種輻射場(chǎng)的改變而變化。其最大反射波長(zhǎng)隨溫度不同而顯著不同，故可用于熱色顯示。在磁場(chǎng)或電場(chǎng)作用下，螺距p隨場(chǎng)強(qiáng)增大而增大，達(dá)到閥值強(qiáng)度時(shí)螺旋結(jié)構(gòu)解體，螺距無窮大。為獲得不同螺距，可將不同膽甾材料或膽甾相與向列相按不同比例混合。
電光效應(yīng)：膽甾相的電光效應(yīng)有相變效應(yīng)、方柵格效應(yīng)、存儲(chǔ)效應(yīng)、彩色效應(yīng)等。
影響溶致型高分子膽甾液晶螺距的因素有：
濃度：螺距p隨高分子在膽甾相中的濃度升高而減小。
溶劑溫度：膽甾相材料的螺旋方向與溶劑有關(guān)。溫度升高時(shí)，螺距增大，至某一溫度時(shí)螺旋方向會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。
多肽側(cè)鏈：多肽側(cè)鏈長(zhǎng)度不同，在同一溶劑中螺距與溫度的關(guān)系也不盡相同。多肽取代基結(jié)構(gòu)也會(huì)影響螺距，取代基尺寸越大，螺距也越大。
熱致膽甾相液晶高分子在柔性高分子鏈中含液晶基團(tuán)和手性中心，包括主鏈型和側(cè)鏈型兩大體系。主鏈型的液晶基團(tuán)和柔性間隔基交替聯(lián)接，柔性單元上含有不對(duì)稱碳原子時(shí)高分子具手性。調(diào)節(jié)手性和非手性間隔基的比例可改變膽甾相的溫度范圍和螺距。側(cè)鏈型液晶高分子采用最多的手性側(cè)基是膽甾相醇衍生物。
光學(xué)非線性液晶高分子
非線性光學(xué)效應(yīng)包括光倍頻現(xiàn)象、泡克耳效應(yīng)、克爾效應(yīng)、三倍頻和四波混頻現(xiàn)象等。有機(jī)材料非線性極化系數(shù)高，光損傷閥值高，響應(yīng)快。易于設(shè)計(jì)加工等特點(diǎn)優(yōu)于無機(jī)非線性光學(xué)材料。要使有機(jī)材料的二階非線性極化系數(shù)高，要求分子有較大的永久偶極矩，使施主和受主基團(tuán)分置分子兩端；電子易沿分子長(zhǎng)軸方向運(yùn)動(dòng)；長(zhǎng)的直線狀分子。這些要求基本集中于液晶分子身上。
側(cè)鏈液晶高分子是常用的光學(xué)非線性有機(jī)材料。但其極化后的取向不是很好。改善措施有：
- 利用小分子液晶易取向的特點(diǎn)，先將這些單體采用通常方法取向，再進(jìn)行聚合。
- 采用液晶網(wǎng)絡(luò)方式，將以上非線性側(cè)鏈液晶高分子進(jìn)一步交聯(lián)起來，當(dāng)它處于玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)仍處于液晶相。在機(jī)械力作用下通過高分子網(wǎng)絡(luò)鏈節(jié)與側(cè)基的相互作用爾獲得良好的取向。
液晶高分子還可用于光電調(diào)制器。其折射率隨電場(chǎng)（光場(chǎng)）而改變。
鐵電性和反鐵電性液晶高分子
將液晶夾在兩片間隔約2微米的玻璃盒內(nèi)，由表面處理使表面處液晶分子都沿同一方向排列，如+θ，從而克服其螺旋結(jié)構(gòu)此時(shí)所有分子自發(fā)極化也沿同一方向，表現(xiàn)出宏觀的極化。這種一致性排列還可用外加電場(chǎng)保持，使電場(chǎng)方向與鐵電性液晶分子極化強(qiáng)度同向即可。改變電場(chǎng)極性可使鐵電性液晶分子在正負(fù)θ兩個(gè)狀態(tài)改變。若在液晶盒上下適當(dāng)布置兩偏置片，可獲得暗和亮兩種光學(xué)狀態(tài)。鐵電性液晶顯示是目前響應(yīng)最快的液晶電光效應(yīng)，可用于快速電光開關(guān)。其視角特性也相當(dāng)好。常見的鐵電性液晶有：
反鐵電性液晶的分子排列仍成層狀，與 不同的是相鄰兩層自發(fā)組成一組，一組內(nèi)兩層分子反方位傾斜。它不會(huì)有宏觀自發(fā)的極化強(qiáng)度。相比于鐵電性液晶的優(yōu)點(diǎn)是：存在陡峭的電場(chǎng)閥值；存在三個(gè)電光狀態(tài)及雙遲滯現(xiàn)象，對(duì)顯示灰度和驅(qū)動(dòng)都很有幫助。 的分子結(jié)構(gòu)為：
若側(cè)鏈液晶高分子主鏈為柔性，玻璃化溫度低于室溫，側(cè)基是有可以形成鐵電性液晶相 的小分子基團(tuán)組成，則它也將呈鐵電性液晶相。其中側(cè)基像小分子量 相那樣堆垛排列，主干卷縮在層間，主鏈構(gòu)象呈鐵餅狀。一些鐵電性測(cè)量液晶高分子如下：
光存貯應(yīng)用
側(cè)鏈液晶高分子的支鏈具有與小分子液晶一樣的電光性質(zhì)，但其粘滯系數(shù)很大以致于響應(yīng)過慢。然而可利用液晶高分子的熱-光效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光存貯。主鏈常采用聚硅烷、聚丙烯酸酯或聚酯，側(cè)鏈為液晶基團(tuán)。為提高寫入光吸收效率，可將一些小分子染料溶于高分子中，或直接將其鍵合到液晶高分子的主鏈上，與液晶型側(cè)基一起構(gòu)成共聚物。向列相、膽甾相、近晶相液晶高分子都可實(shí)現(xiàn)光存貯。
側(cè)鏈液晶高分子用于存貯顯示有易擦除（加溫到各向同性相）、壽命長(zhǎng)、對(duì)比度高、存貯可用等優(yōu)點(diǎn)。
光導(dǎo)液晶高分子
在光照下電導(dǎo)率顯著改變的物質(zhì)稱光導(dǎo)體。有機(jī)光導(dǎo)體需要含光導(dǎo)活性的物質(zhì)，以及長(zhǎng)程有序性，而高分子又有易于制備、成膜等優(yōu)點(diǎn)，故液晶高分子是重要的光導(dǎo)材料研究對(duì)象。
聚谷氨酸是溶致型膽甾相液晶，將咔唑作為側(cè)基與聚谷氨酸主鏈鍵合在一起，可構(gòu)成光導(dǎo)液晶高分子。將其注入液晶盒中，利用其磁化率各向異性，在磁場(chǎng)下使其形成垂面排列，主鏈垂直于玻板，支鏈光導(dǎo)活性咔唑平行與玻板排列。其光導(dǎo)特性很好。
生物性液晶高分子
細(xì)胞膜使有脂類和蛋白質(zhì)組成的雙層膜，脂類分子親水基向外形成雙分子層，蛋白質(zhì)分子被吸附在親水基團(tuán)上形成上下兩個(gè)蛋白質(zhì)層，類似于近晶相結(jié)構(gòu)。
脂類雙層的主要成分磷脂隨溫度發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。降溫時(shí)在低于清亮點(diǎn)的溫度下經(jīng)過一次吸熱轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)結(jié)晶相到液晶態(tài)的相轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變溫度隨脂肪酸鏈的長(zhǎng)度增加而增加，隨不飽和度增加而降低。磷脂處于液晶態(tài)時(shí)，小分子易穿過膜；處于結(jié)晶態(tài)時(shí)，則不能穿過。
液晶螺旋結(jié)構(gòu)是生物分子結(jié)構(gòu)的一個(gè)普遍現(xiàn)象。如生物性膽甾相液晶高分子DNA、RNA等。生物角質(zhì)層、角膜晶體，以及植物細(xì)胞壁、無脊椎動(dòng)物結(jié)締組織、脊椎動(dòng)物軟骨等，都可見到螺旋狀排列的結(jié)構(gòu)。葉綠素也表現(xiàn)出液晶特性，從中提取的葉綠蛋白呈雙折射現(xiàn)象。
由高分子與低分子液晶構(gòu)成的符合膜具有選擇滲透性，可廣泛用于離子交換膜、氧富集膜、電荷分離膜、脫鹽膜、人工腎臟透析膜等。這種功能膜易于制成較大面積，具一定強(qiáng)度，有良好滲透性，對(duì)電場(chǎng)甚至溶液pH值有明顯響應(yīng)。
參考書目
《高聚物德結(jié)構(gòu)與性能》第二版，馬德柱，何平笙，徐鐘德，周漪琴，1995，科學(xué)出版社
《高分子物理》修訂版，何曼君，陳維孝，董西俠，2000，復(fù)旦大學(xué)出版社
《液晶高分子》，周其風(fēng)，王新久，1994，科學(xué)出版社
評(píng)論