1、概述
自从1888年奥地利植物学家莱尼茨尔(F.Reinitzer)在测定胆甾苯甲酸酯C27H45OCOC6H5熔点时,发现此有机物熔化后会经历一个不透明的混浊液态阶段,继续加热,才成为透明的各向同性液体;1889年德国物理学家莱曼(Lehmann)在145.5~178.5℃下观察也发现该物质的熔融液体具有双折射现象并提出了“液晶”这一学术用语以来,液晶已有一百多年的发展历史。液晶就是液态和晶态之间的一种中间状态,它既具有液体的易流动特性,又具有晶体的某些特性(如光学各向异性)。从分子序来看,液晶分子中往往具有一维或二维远程有序,即介于理想的液体和晶体之间。
(1)液晶分子结构特点
1)液晶分子的几何形状与球状分子相比发生了明显的伸长(如长棒状)或扁化(如扁碟状或盘状),保持各向异性,并且分子的长径比(L/D)必须大于4。
2)分子末端含有强极性或易于极化的原子或原子团,通过分子间的电性力、色散力的作用,使分子保持取向有序。
3)液晶分子长轴应不易弯曲,要有一定的刚性。因而常在分子的中央部分引进双键或叁键,形成共扼体系,以得到刚性的线性结构或者使分子保持反式构型,以获得线状结构。
4)生成液晶相的能力以及液晶相的稳定性与前三个因素的强弱有关,是三个特性的综合体现。
随着液晶材料种类的日益增多、其应用范围日趋广泛,人们对液晶的研究也进一步深入。
(2)液晶分类方法
1)根据液晶的形成条件,可将液晶分为热致型,溶致型。热致型液晶是在一定温度区间,即在Tc(由晶态转入液晶态的温度)和Ti(由液晶态转入无序液体的温度)之间的温度范围内形成液晶态;溶致型液晶则是利用合适的溶剂制成一定浓度的溶液,当此浓度超过某一临界值时才显示液晶的性质。
2)根据液晶态的结构,可将液晶又分为三类:向列型液晶、近晶型液晶、胆甾型液晶。
向列型液晶具有一维远程取向有序,其棒状分子大致保持相互平行排列,但分子重心分布完全无序;近晶型分子呈二维有序结构,棒状分子互相排列成平行的层状结构,分子长轴垂直于层片平面,分子可在本层内活动,但不能来往于各层之间;胆甾型液晶是分子依靠端基的相互作用彼此平行排列成层状结构,分子的长轴与层平面平行,而相邻两层之间分子长轴的取向依次规则的扭转一定的角度,层层累加形成螺旋面结构。
3)按照液晶物质相对分子质量的大小,可将液晶分为小分子液晶和高分子液晶。当然,高分子与小分子并没有十分确切的数值界限,如果按相对分子质量大小,更细致的次序应为:小分子、齐聚物、低相对分子质量聚合物和高分子。按照Staudinge的经典说法,原子数目大于1000的线型分子常可划入高分子的行列。
在高分子液晶中,如按照液晶高分子链的结构特征,尤其是介晶基团的分布及主链的柔性,又可以分为主链液晶高分子和侧链液晶高分子。介晶基团位于液晶高分子主链上的称为主链液晶高分子,位于液晶高分子侧链上则称为侧链液晶高分子,有的液晶高分子主链和侧链均具有介晶基团。
如果将介晶单元用反应性官能团封端,可制得功能性液晶小分子,根据其封端官能团的结构,又可分为液晶环氧、液晶双马来酰亚胺、液晶氰酸酯。
2、液晶环氧树脂研究进展、合成、固化
液晶环氧树脂研究进展——
液晶热固性高分子作为一类优秀的结构和功能材料,具有强度高、模量高、耐高温以及线膨胀系数小等特点,预计在航空、航天、电子、化工和医疗等领域具有重要的潜在应用价值。其中液晶环氧树脂由于环氧基团与固化剂交联的反应机理明确,反应容易控制,而且还可以通过改变环氧化合物和固化剂的结构,较容易地合成一系列具有不同结构的聚合物网络。同时,在固化过程中,液晶可以形成自增强结构,从而改善固化物的韧性,并赋予材料一些新的物理、力学性能,有望在高性能树脂基复合材料、特种涂料、电子包封材料和非线性光学材料中得到广泛的应用,因而备受人们的关注。