《高分子网络液晶智能功能材料优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分子网络液晶智能功能材料优秀PPT.ppt（62页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、高分子网络液晶智能功能材料第一页，本课件共有62页功能化液晶研究的新进展功能化液晶研究的新进展 1.1.液晶和分子组装功能材料液晶和分子组装功能材料 2.2.液晶和液晶技术在现代科技中的应用液晶和液晶技术在现代科技中的应用 3.3.液晶弹性体液晶弹性体 和液晶凝胶和液晶凝胶 4.液晶热固体液晶热固体 5.5.液晶高分子光电信息材料液晶高分子光电信息材料 6.6.盘状液晶和低维光，电导材料盘状液晶和低维光，电导材料 7.液晶研究的若干新课题液晶研究的若干新课题表面活性剂胶束和表面活性剂胶束和有序多孔材料有序多孔材料 氢键和其它非共价键诱导的超分子液晶氢键和其它非共价键诱导的超分子液晶 矿物型液晶
2、态矿物型液晶态 毛刷型共軛大分子及刚性分子液晶化毛刷型共軛大分子及刚性分子液晶化 嵌段型的双亲分子及微相分离形成的复杂超分子聚集态嵌段型的双亲分子及微相分离形成的复杂超分子聚集态中科院研究生院液晶专题讲座二中科院研究生院液晶专题讲座二第二页，本课件共有62页分子功能材料分子功能材料分子协调材料的研究开发分子协调材料的研究开发（Harmonized Molecular Materials)，玉置敬，机能材料（日），玉置敬，机能材料（日），2000,20,511分子功能材料的开发，不仅取决于分子分子功能材料的开发，不仅取决于分子单独的功能性质单独的功能性质的提高，的提高，还与还与分子间相互作用分子
3、间相互作用密切相关。分子间相互作用产生了分密切相关。分子间相互作用产生了分子子协同作用协同作用的结果。这种协同作用不仅发生在分子间也发的结果。这种协同作用不仅发生在分子间也发生在分子的生在分子的聚集体聚集体或称之为系统间。或称之为系统间。分子功能可分为三大类：分子功能可分为三大类：Trigger 触发，响应触发，响应Cascade 串联串联Processor 程序化，信息加工处理程序化，信息加工处理分子协同作用的典型例子是生物体系分子协同作用的典型例子是生物体系。从纳米尺寸的分子到宏观。从纳米尺寸的分子到宏观尺寸的组织、器官，形成复杂而精致的阶层构造。它们的相互协尺寸的组织、器官，形成复杂而精
4、致的阶层构造。它们的相互协调构成了生物系统，维持了生命。调构成了生物系统，维持了生命。第三页，本课件共有62页分分子子功功能能材材料料液晶液晶导电材料导电材料光响应材料光响应材料传感器材料传感器材料材材料料性性质质与与功功能能分子间协同分子间协同相互作用相互作用分子自身分子自身材料材料构造构造:1-3维维+时间元时间元状态状态:液液,固固,液晶液晶 本体本体,薄膜薄膜三种不同分子组装形式的功能材料三种不同分子组装形式的功能材料:自组织化膜(（SAM：Self-assembled monolayers）中介相(mesophase)材料 微孔材料:沸石和中孔(mesoporous)材料 第四页，本
5、课件共有62页三种不同形式的分子组装材料三种不同形式的分子组装材料 自组织化膜（自组织化膜（SAM：Self-assembled monolayers）有机表面活性剂分子在固有机表面活性剂分子在固-液等液等界面上化学吸附界面上化学吸附形成形成SAM。在其表面端。在其表面端 引入各种功能基，可望用于表面涂层，敏感器件，光电器件等。引入各种功能基，可望用于表面涂层，敏感器件，光电器件等。中介相中介相(mesophase)材料材料 代表性的材料就是液晶。中介相代表性的材料就是液晶。中介相兼有分子取向有序和可变性兼有分子取向有序和可变性的特征。基的特征。基 于此，其研发方向为于此，其研发方向为精确控制
6、分子排列精确控制分子排列的高功能材料。以的高功能材料。以棒状液晶和盘棒状液晶和盘 状液晶状液晶两大系列为主要研究对象两大系列为主要研究对象 纳米微孔材料纳米微孔材料 在在有机摸板或结构诱导剂有机摸板或结构诱导剂(如溶致液晶性表面活性剂的各种聚集体如溶致液晶性表面活性剂的各种聚集体)的存的存 在下在下,无机前体原料无机前体原料,如正硅酸乙酯水解缩合在模板剂的表面结成外壳如正硅酸乙酯水解缩合在模板剂的表面结成外壳,再再 将有机物除去。将有机物除去。可望用于高性能吸附剂，分离膜，传感器，高介电材料可望用于高性能吸附剂，分离膜，传感器，高介电材料,纳米反应器等。纳米反应器等。第五页，本课件共有62页自
7、组装单层膜自组装单层膜SAM:Self-assembled Monolayers有机分子有机分子在固液界面上自组装和化学吸附形成的分子薄膜在固液界面上自组装和化学吸附形成的分子薄膜。特点：特点：与基板牢固的化学结合；高密度无缺陷；与基板牢固的化学结合；高密度无缺陷；制作简单；也适合非平面的表面制作简单；也适合非平面的表面应用前景：表面编码，传感器，光电子器件应用前景：表面编码，传感器，光电子器件 研发目标和内容：研发目标和内容：建立与建立与纳米阵列、多轴取向、纳米阵列、多轴取向、集层集层等相关技术。开发对电、等相关技术。开发对电、光等外场响应的薄膜材料。光等外场响应的薄膜材料。如：如：用介电各
8、向异性分子构筑用介电各向异性分子构筑电响应电响应SAM 共轭分子堆积的超分子共轭分子堆积的超分子SAM,用于高效用于高效电致发光电致发光。用溶致性的用溶致性的液晶染料制作液晶染料制作高性能光学膜高性能光学膜第六页，本课件共有62页中介相材料中介相材料光控开关和高速响应电子成像感光材料等光电功能材光控开关和高速响应电子成像感光材料等光电功能材料料第七页，本课件共有62页微孔材料微孔材料长效高活性高选择催化剂，分离膜，气体传感材料，微反应长效高活性高选择催化剂，分离膜，气体传感材料，微反应器器,低介电膜等低介电膜等有机摸板有机摸板或结构诱导剂或结构诱导剂沸石沸石mesoporous第八页，本课件共
9、有62页“液晶相代表了一种有魅力的液晶相代表了一种有魅力的软物质形态，它包含了分子和超分软物质形态，它包含了分子和超分子水平的有序性和可动性。这种特殊的结合使这类物质能对子水平的有序性和可动性。这种特殊的结合使这类物质能对外界刺激（包括电、磁、化学、温度和机械力）产生响应。外界刺激（包括电、磁、化学、温度和机械力）产生响应。因而，液晶材料在若干应用领域非常重要。如棒状小分子液晶在用因而，液晶材料在若干应用领域非常重要。如棒状小分子液晶在用于移动通讯和信息工程方面的光电器件上有广泛的应用。于移动通讯和信息工程方面的光电器件上有广泛的应用。碟形和棒碟形和棒状液晶状液晶在新的高技术领域正开发新的应用
10、，如：光调制，光在新的高技术领域正开发新的应用，如：光调制，光导，偏振发光材料，智能润滑剂等。此外，在液晶态加工聚导，偏振发光材料，智能润滑剂等。此外，在液晶态加工聚合物材料改善了材料的性质，如：天然蚕丝，高强力纤维，合物材料改善了材料的性质，如：天然蚕丝，高强力纤维，Kevlar纤维纤维等。等。溶致液晶溶致液晶可作为重要的可作为重要的模板模板通过溶胶凝胶过通过溶胶凝胶过程用于制备有受限结构的程用于制备有受限结构的无机微孔材料无机微孔材料。DNA和阳离子或中性和阳离子或中性的类酯化合物形成的液晶络合物正被研究作为在基因遗传中的潜的类酯化合物形成的液晶络合物正被研究作为在基因遗传中的潜在的传递者
11、。归根结底，在的传递者。归根结底，有序和活动性的结合正是在生命物质中有序和活动性的结合正是在生命物质中自组织的基本要求。自组织的基本要求。”C.Tschierske,J.Mater.Chem.,2001,11,2647-2671第九页，本课件共有62页液晶在材料领域的魅力液晶在材料领域的魅力1.基于分子间相互作用的液体样的基于分子间相互作用的液体样的可动性可动性2.基于自组织化的基于自组织化的分子取向性分子取向性3.特定的温度范围液晶相态的变化及对电、光、磁等特定的温度范围液晶相态的变化及对电、光、磁等外场的响应性外场的响应性4.协同协同效应效应5.光学光学双折射双折射6.界面的界面的取向控制
12、取向控制高度有序高度有序的分子自组装材料的分子自组装材料高度响应性的高度响应性的智能材料智能材料功能各向异性功能各向异性材料材料液晶场中构筑液晶场中构筑高取向材料高取向材料第十页，本课件共有62页交联液晶高分子液晶网络、液晶弹性体和液晶凝胶第十一页，本课件共有62页侧链液晶高分子侧链液晶高分子可以通过大分子反应或含液晶基元的烯类单体聚合可以通过大分子反应或含液晶基元的烯类单体聚合来合成。而来合成。而主链液晶高分子主链液晶高分子可以由含双官能的单体通过缩合和聚可以由含双官能的单体通过缩合和聚加成反应来合成。在玻璃化温度以上，聚合物的链段加成反应来合成。在玻璃化温度以上，聚合物的链段“解冻解冻”，
13、由于微布朗运动致使，由于微布朗运动致使“去偶去偶”的液晶基元取向排列，产生与的液晶基元取向排列，产生与前体小分子相类似的各向异性行为。前体小分子相类似的各向异性行为。在聚合物链间交联导致在聚合物链间交联导致网络高分子网络高分子。这时涉及整体分子运动的。这时涉及整体分子运动的宏观布朗运动受到抑制，而宏观布朗运动受到抑制，而链段微布朗运动则实际上不受影链段微布朗运动则实际上不受影响响。从理论上讲，由液晶高分子交联而成的弹性体将其前体高。从理论上讲，由液晶高分子交联而成的弹性体将其前体高分子的液晶特征保留下来，得到有特殊性质的各向异性分子的液晶特征保留下来，得到有特殊性质的各向异性软固体软固体。因而
14、可得到因而可得到有形体保持性有形体保持性的液晶材料。的液晶材料。液晶弹性体液晶弹性体（LCE）第十二页，本课件共有62页液晶弹性体的合成和几种主要类型 第十三页，本课件共有62页基于液晶聚硅氧烷的侧链液晶弹性体的合成 1981年年Finkelmann 7 首首先报道了以侧链液晶聚先报道了以侧链液晶聚硅氧烷为前体通过硅氧烷为前体通过硅氢硅氢加成反应加成反应实现链间交联，实现链间交联，得到有得到有室温液晶性的液室温液晶性的液晶弹性体晶弹性体。该弹性体不。该弹性体不仅表现出仅表现出白浊状白浊状的液晶的液晶性状，而且经过拉伸从性状，而且经过拉伸从白白浊状转变为透明浊状转变为透明状态，这状态，这是因为是
15、因为机械变形诱导液机械变形诱导液晶基元产生宏观取向晶基元产生宏观取向。第十四页，本课件共有62页Zental等等8 以侧链含液晶基元和羟基的丙烯酸酯类侧链液晶共聚物为以侧链含液晶基元和羟基的丙烯酸酯类侧链液晶共聚物为前体，用前体，用二异氰酸酯为交联剂二异氰酸酯为交联剂也得到液晶行为与其前体类似的液晶也得到液晶行为与其前体类似的液晶弹性体弹性体第十五页，本课件共有62页Zental等还通过二醇和等还通过二醇和烯丙基马来酸烯丙基马来酸的溶液缩聚或通过二醇和烯丙基的溶液缩聚或通过二醇和烯丙基马来酸二乙酯的熔融缩聚反应制备了主链液晶高分子。以此为前马来酸二乙酯的熔融缩聚反应制备了主链液晶高分子。以此为
16、前体，体，以两端含以两端含Si-H基的硅氧烷齐聚物为交联剂基的硅氧烷齐聚物为交联剂，通过硅氢加成反应合，通过硅氢加成反应合成得到主链型的液晶弹性体成得到主链型的液晶弹性体(图图48)。由于引入柔软的硅氧烷交联剂，。由于引入柔软的硅氧烷交联剂，使这种使这种液晶弹性体的相转变温度低于其母体液晶弹性体的相转变温度低于其母体。主链液晶高分子第十六页，本课件共有62页主链液晶弹性体的主链液晶弹性体的一步合成一步合成 它是由低分子的双烯它是由低分子的双烯类液晶基元与类液晶基元与1，1，3，3-四甲基二氢硅氧烷四甲基二氢硅氧烷和和2，4，6，8-四甲基四甲基环四氢硅氧烷环四氢硅氧烷的混合的混合物通过物通过一
17、步硅氢加成一步硅氢加成反应反应得到的。这种新得到的。这种新的合成方法的合成方法容易通过容易通过调整原料的比例在很调整原料的比例在很宽的范围改变弹性体宽的范围改变弹性体的结构和相态的结构和相态。B.Donnio et alMacromolecules 2000,33,7724第十七页，本课件共有62页液晶弹性体的热弹性液晶弹性体的热弹性 (1)在清亮点(Tc C)以上，LCE的行为像一般弹性体，但在液晶相它的力学力学性质性质有很强的温度和时间依赖性有很强的温度和时间依赖性。在清亮点附近其力学性质发生突变清亮点附近其力学性质发生突变。如变形恒定变形恒定的样品当温度低过Tc时，内应力会突然下降内应力
18、会突然下降。第十八页，本课件共有62页液晶弹性体的热弹性液晶弹性体的热弹性 (2)在恒定的载荷下在恒定的载荷下，温度低过Tc时，夹具上的样品长度也会增加，直到达到玻璃化温度为止(见图411)。这种几何尺寸的变化几何尺寸的变化只有用液晶基元的取向并导致分子链的各向异性形变来解释。第十九页，本课件共有62页某些透明的固体聚合物某些透明的固体聚合物受到应力作用时会产生光学各向异性受到应力作用时会产生光学各向异性，它是在受力情况下物体内分子发生取向而引起的，这种性质叫做它是在受力情况下物体内分子发生取向而引起的，这种性质叫做光光弹性弹性，具有光弹性的聚合物叫做，具有光弹性的聚合物叫做光弹性聚合物光弹性
19、聚合物。光弹效应是可逆。光弹效应是可逆的。光弹性聚合物已广泛应用于应力分析。的。光弹性聚合物已广泛应用于应力分析。液晶弹性体是一种新液晶弹性体是一种新型的型的更具敏感性更具敏感性的光弹性材料，在光导印刷电路等方面具有潜的光弹性材料，在光导印刷电路等方面具有潜在的应用前景。在的应用前景。液晶弹性体的应力光学性质不同于普通橡胶。液晶弹性体的应力光学性质不同于普通橡胶。应力光学系数应力光学系数C定义为取向双折射定义为取向双折射 n和应力和应力 的商的商。在各向同性态，。在各向同性态，CT T曲线和普通橡胶一样表现为恒定值，而在临近清亮点曲线和普通橡胶一样表现为恒定值，而在临近清亮点Tc的很小的温度范
20、围内，的很小的温度范围内，CT值发生突变，其正负与间隔基中次值发生突变，其正负与间隔基中次甲基的个数有关甲基的个数有关(见图见图412)。这归结于液晶基元的应力诱导。这归结于液晶基元的应力诱导取向。取向。液晶弹性体的光弹性液晶弹性体的光弹性第二十页，本课件共有62页液晶弹性体的应力光学性液晶弹性体的应力光学性质不同于普通橡胶。质不同于普通橡胶。应力应力光学系数光学系数C定义为取向双定义为取向双折射折射 n和应力和应力 的商。的商。在在各向同性态，各向同性态，CT T曲线曲线和普通橡胶一样表现为恒和普通橡胶一样表现为恒定值，而在临近清亮点定值，而在临近清亮点Tc的很小的温度范围内，的很小的温度范
21、围内，CT值发生突变，其正负与间隔值发生突变，其正负与间隔基中次甲基的个数有关基中次甲基的个数有关(见图见图412)。这归结于液晶基这归结于液晶基元的应力诱导取向元的应力诱导取向。LCE 的光弹性的光弹性第二十一页，本课件共有62页拉伸的液晶拉伸的液晶弹性体中弹性体中液晶侧基和液晶侧基和高分子网络高分子网络的的偶联效应偶联效应第二十二页，本课件共有62页Shape Memory Effect Exhibited by Smectic-C Liquid Crystalline Elastomers第二十三页，本课件共有62页1991年年Finkelmann首先报道了首先报道了“向列型液单晶弹性体
22、向列型液单晶弹性体”的制的制备备10，它在，它在光学上类似于有机或无机单晶光学上类似于有机或无机单晶。它的。它的交联反应分交联反应分两步进行两步进行。第一步首先生成部分交联的网络，然后在应力。第一步首先生成部分交联的网络，然后在应力作用下形成各向异性网络，当作用下形成各向异性网络，当应力负载应力负载超过实现均一取向超过实现均一取向所需的所需的阈值阈值时，第二步交联反应使该取向态固定下来时，第二步交联反应使该取向态固定下来,形成形成透明透明的光学上与单轴晶体相类似的膜材料。液单晶弹性体的的光学上与单轴晶体相类似的膜材料。液单晶弹性体的概念也可以推广到其它的合成方法和密交联体系。将液晶单概念也可以
23、推广到其它的合成方法和密交联体系。将液晶单体和交联剂的混合物或带有反应性基团的液晶高分子转移到体和交联剂的混合物或带有反应性基团的液晶高分子转移到适当的基板上，适当的基板上，在机械力，取向表面，偏振光或电磁场的在机械力，取向表面，偏振光或电磁场的作用下实现分子的宏观取向并使其固定化作用下实现分子的宏观取向并使其固定化，得到各向异性，得到各向异性的液晶弹性体或热固体。的液晶弹性体或热固体。液单晶弹性体第二十四页，本课件共有62页液单晶弹性体的两步合成第二十五页，本课件共有62页液晶弹性体中高分子网络和液晶侧基之间的液晶弹性体中高分子网络和液晶侧基之间的偶合效应偶合效应表现在高分子网表现在高分子网
24、络的机械变形导致液晶侧基的取向态的改变，反言之，受外场驱使液络的机械变形导致液晶侧基的取向态的改变，反言之，受外场驱使液晶侧基的取向态的改变也在弹性体的变形中反映出来。应用中子散射晶侧基的取向态的改变也在弹性体的变形中反映出来。应用中子散射技术可从分子水平上阐明两者的关系。事实上，技术可从分子水平上阐明两者的关系。事实上，只需很小的机械拉伸只需很小的机械拉伸就可导致液晶基元很大程度的宏观取向。就可导致液晶基元很大程度的宏观取向。对于液晶弹性体所观察到的对于液晶弹性体所观察到的许多特殊现象，如电场诱导形状变化，负泊松比效应，机械或电的分子许多特殊现象，如电场诱导形状变化，负泊松比效应，机械或电的
25、分子开关，记忆效应和相态的变化都与这种相互作用有关开关，记忆效应和相态的变化都与这种相互作用有关。连接液晶基元。连接液晶基元与高分子链的间隔段越短，这种偶合效应越强。根据小的机械与高分子链的间隔段越短，这种偶合效应越强。根据小的机械变形可导致液晶侧基的取向态的显著改变及其可逆性的特点，变形可导致液晶侧基的取向态的显著改变及其可逆性的特点，Brand理论预测了并由理论预测了并由Finkelmann和和 Zental实验观测到单畴的液晶弹实验观测到单畴的液晶弹性体（液单晶弹性体）的反压电响应性体（液单晶弹性体）的反压电响应。由于对环境条件（应力场和。由于对环境条件（应力场和电场，温度和光照等）的敏
26、感性和记忆效应，液晶弹性体电场，温度和光照等）的敏感性和记忆效应，液晶弹性体,特别特别是是液单晶弹性体适合作为有分子开关性质的智能材料液单晶弹性体适合作为有分子开关性质的智能材料。液晶弹性体的潜在应用前景液晶弹性体的潜在应用前景第二十六页，本课件共有62页液晶凝胶液晶凝胶(Liquid Crystal Gel)聚合物网络稳定液晶聚合物网络稳定液晶 PNLC型的铁电液晶显示型的铁电液晶显示(稳定稳定,快速快速,液晶层厚可大于液晶层厚可大于SSLCD的极限的极限2微米微米)电开关的反射镜电开关的反射镜,反射型反射型LCD 电形变智能材料电形变智能材料 记忆材料记忆材料第二十七页，本课件共有62页智
27、能智能高分子凝胶和高分子凝胶和液晶凝胶液晶凝胶智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的高分智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质可以随外界环境改变而变化的高分子凝胶。当这种凝胶受到子凝胶。当这种凝胶受到外界刺激外界刺激，如当，如当溶剂的组成、溶剂的组成、pHpH值、离子强度、温度、值、离子强度、温度、光强度和电场等光强度和电场等刺激信号时其结构和特性（刺激信号时其结构和特性（主要是体积主要是体积）会随之响应会随之响应，呈现体积，呈现体积相转变行为相转变行为(溶胀相溶胀相收缩相收缩相）。根据溶剂的不同，又分为高分子水凝胶和高分）。根据溶剂的不同，又分为高分子水凝胶
28、和高分子有机凝胶。当凝胶受到外界刺激时，网络内的子有机凝胶。当凝胶受到外界刺激时，网络内的链段构象链段构象发生较大变化，发生响发生较大变化，发生响应的形变；一旦刺激消失，自动恢复到内能较低的稳定状态。在应的形变；一旦刺激消失，自动恢复到内能较低的稳定状态。在柔性执行元件、柔性执行元件、微机械、药物释放、分离膜、生物材料微机械、药物释放、分离膜、生物材料等方面有诱人的应用前景。等方面有诱人的应用前景。液晶凝胶主要由室温型的向列型液晶和液晶凝胶主要由室温型的向列型液晶和“凝胶剂凝胶剂”组成，组成，“凝胶凝胶剂剂”通过化学或物理交联，与液晶本体发生微相分离，形成分散在液晶通过化学或物理交联，与液晶本
29、体发生微相分离，形成分散在液晶本体中的微纤状聚集体。形成的液晶凝胶是一种有自支撑性的软固体，本体中的微纤状聚集体。形成的液晶凝胶是一种有自支撑性的软固体，可以显示重要的电光性质。可以做成光散射型的高对比度的电光开关。可以显示重要的电光性质。可以做成光散射型的高对比度的电光开关。第二十八页，本课件共有62页在液晶中加入在液晶中加入凝胶化试剂（通常为氨基酸或酰胺的衍生物）凝胶化试剂（通常为氨基酸或酰胺的衍生物），通过氢键等分子间相互作用自组装成纤状结构，与液晶产生通过氢键等分子间相互作用自组装成纤状结构，与液晶产生微微相分离相分离。这种复合体系被称作液晶物理凝胶。与共价键合的液。这种复合体系被称作
30、液晶物理凝胶。与共价键合的液晶化学凝胶相比，具有自组装和结构可逆的特征。它显示了高晶化学凝胶相比，具有自组装和结构可逆的特征。它显示了高速电场响应的效果。液晶物理凝胶与高分子分散液晶（速电场响应的效果。液晶物理凝胶与高分子分散液晶（PDLC）体系相比，液晶物理凝胶中液晶以外的分子集合体的重量比只有）体系相比，液晶物理凝胶中液晶以外的分子集合体的重量比只有0.3 2.0%，而，而PDLC中高分子占中高分子占4060%。因为液晶物理凝胶具。因为液晶物理凝胶具有其它体系所没有的独特的有序和阶层结构特征，可望成为新一代有其它体系所没有的独特的有序和阶层结构特征，可望成为新一代的功能材料。的功能材料。液
31、晶物理凝胶液晶物理凝胶第二十九页，本课件共有62页液晶物理凝胶液晶物理凝胶几种常用的凝胶剂几种常用的凝胶剂凝胶剂在液晶介质中的微相分离凝胶剂在液晶介质中的微相分离第三十页，本课件共有62页液晶各向异性凝胶是由液晶各向异性凝胶是由高分子网络稳定的取向小分子液晶形成的高分子网络稳定的取向小分子液晶形成的软固体软固体。一般来讲，该体系中液晶长程有序是在分散于液晶中。一般来讲，该体系中液晶长程有序是在分散于液晶中的单体聚合反应前由于的单体聚合反应前由于表面或电场作用表面或电场作用来实现的。在来实现的。在取向的液晶取向的液晶环境中单体的聚合环境中单体的聚合导致导致取向的聚合物网络，它从液晶中微相分离取向
32、的聚合物网络，它从液晶中微相分离出来，能长久地保持液晶取向和液晶相织构出来，能长久地保持液晶取向和液晶相织构。液晶取向可因外场，。液晶取向可因外场，如电场作用或温度变化而改变，而一旦外部激励因素撤除，则会马上如电场作用或温度变化而改变，而一旦外部激励因素撤除，则会马上回复到初始取向状态。液晶凝胶的这种记忆效应使它具有许多潜在的回复到初始取向状态。液晶凝胶的这种记忆效应使它具有许多潜在的应用。应用。特别对于特别对于利用胆甾相液晶制备反射型的液晶显示器利用胆甾相液晶制备反射型的液晶显示器时，通常液晶显时，通常液晶显示器中使液晶分子均一排列的取向层不能使胆甾相液晶回复初示器中使液晶分子均一排列的取向
33、层不能使胆甾相液晶回复初始的取向状态，在体系中利用原位光交联生成各向异性高分子始的取向状态，在体系中利用原位光交联生成各向异性高分子网络，则可对于初始取向态产生网络，则可对于初始取向态产生“内在内在”记忆，所形成的记忆，所形成的宽带胆宽带胆甾相凝胶可表现出多稳态的可逆开关效应甾相凝胶可表现出多稳态的可逆开关效应。液晶液晶各向异性各向异性凝胶及其应用凝胶及其应用 （1 1）第三十一页，本课件共有62页铁电液晶显示铁电液晶显示具有快速响应特点，是一种有待开发的高性能的液具有快速响应特点，是一种有待开发的高性能的液晶显示类型。一般依靠定向层控制分子取向的表面稳定型的铁电液晶显示类型。一般依靠定向层控
34、制分子取向的表面稳定型的铁电液晶显示（晶显示（SSFLCDsSSFLCDs）有机械振动不稳定的缺点，同时液晶池上下池壁）有机械振动不稳定的缺点，同时液晶池上下池壁的间隔必须控制在的间隔必须控制在2 2微米左右，给加工工艺造成很大困难。这些问题微米左右，给加工工艺造成很大困难。这些问题可望用铁电液晶凝胶来解决。其液晶分子取向是靠网络来确定，而可望用铁电液晶凝胶来解决。其液晶分子取向是靠网络来确定，而不是靠表面力。不是靠表面力。各向异性网络稳定的铁电液晶显示各向异性网络稳定的铁电液晶显示(ANSFLCDs)(ANSFLCDs)在在8 8微米厚的液晶池和较宽的电压范围表现了连续的开关性，而微米厚的液
35、晶池和较宽的电压范围表现了连续的开关性，而不会产生干涉色。与不会产生干涉色。与SSFLCDsSSFLCDs相比，相比，ANSFLCDsANSFLCDs的这种开关行为允许的这种开关行为允许制备有灰度梯度的全色液晶显示。制备有灰度梯度的全色液晶显示。液晶液晶各向异性各向异性凝胶及其应用凝胶及其应用 （2 2）第三十二页，本课件共有62页 肌肉仿生肌肉仿生热、电、光调制的可逆伸缩热、电、光调制的可逆伸缩 聚合物网络稳定的液晶体系用于聚合物网络稳定的液晶体系用于散射型液晶显示散射型液晶显示 含手性物质的液晶体系的含手性物质的液晶体系的可调制波长的反射器可调制波长的反射器和反射型和反射型液晶显示液晶显示
36、 含手性物质的液晶体系用于可调制波长和低阈值电压的含手性物质的液晶体系用于可调制波长和低阈值电压的无镜无镜(mirror-less)激光器激光器聚合物网络稳定的聚合物网络稳定的铁电液晶和纳米机械铁电液晶和纳米机械基于液晶弹性体、液晶凝胶的先进智能材料第三十三页，本课件共有62页ji肌肉仿生肌肉仿生热、电、光调制的可逆伸缩热、电、光调制的可逆伸缩External stimulusTemperatureLightE-fieldMechanicalForce第三十四页，本课件共有62页液晶弹性体用作人工肌肉的几个要素液晶弹性体用作人工肌肉的几个要素 调制作用发生的温度范围调制作用发生的温度范围 网络
37、中液晶基元的取向网络中液晶基元的取向 人工肌肉产生的力人工肌肉产生的力 效能（能耗和功）效能（能耗和功）调制器的响应时间调制器的响应时间第三十五页，本课件共有62页J.Naciri et al,Macromolecules 2003,36,8499.NaciriNaciri等制备了液晶弹性体纤维和膜，显示了类等制备了液晶弹性体纤维和膜，显示了类肌肉的物理性质肌肉的物理性质:在在 NI转变区的应变的热转变区的应变的热弹响应约弹响应约3540收缩力为收缩力为300kPa粘弹损耗很小粘弹损耗很小收缩响应快（几分钟），收缩响应快（几分钟），但回伸展慢，与低热导有但回伸展慢，与低热导有关。加热导碳纤维掺
38、杂，关。加热导碳纤维掺杂，不影响机械性质。不影响机械性质。骨骼肌肉骨骼肌肉第三十六页，本课件共有62页各向异性液晶凝胶用于电刺激的人工肌肉各向异性液晶凝胶用于电刺激的人工肌肉C.Huang,Q-M.Zhang,and A.Jakli,Adv.Func.Mater.2003,13,525.Zhang等研究了在取向状态下原位光等研究了在取向状态下原位光聚合制备的各向异性液晶凝胶的聚合制备的各向异性液晶凝胶的电机械响应，电机械响应，与一般聚合物凝胶相比，响应速与一般聚合物凝胶相比，响应速度要快得多度要快得多电场诱导应变大于电场诱导应变大于2在在25MV/m的电场下得到高电机的电场下得到高电机械能转变
39、效率械能转变效率(75%)沿调制方向的弹性模量为沿调制方向的弹性模量为100MPa与人工肌肉和其它与人工肌肉和其它微电机械器件有微电机械器件有工艺上的相容性工艺上的相容性第三十七页，本课件共有62页液晶弹性体的光调制1.H.Finkelmann,E.Nishikawa,G.G.Pereira,M.Warner,Phys.Rev.Lett.2001,87,15501.2.Mh.Li,P.Keller,B.Li,Xg.Wang,M.Brunet,Adv.Mater.2003,15,569.Fikelmann等报道了含等报道了含Azo成份成份的液晶网络可用光照产生大的的液晶网络可用光照产生大的收缩。
40、这来由于收缩。这来由于Azo成份的光异构化导致的相转变。成份的光异构化导致的相转变。为了解决与光聚合过程相关的工艺问题，为了解决与光聚合过程相关的工艺问题，Li&Keller采用了采用了近近红外的光引发剂红外的光引发剂，使预取向的液晶单体光聚合，使预取向的液晶单体光聚合/交联。交联。弹性体薄膜表现了快速弹性体薄膜表现了快速(少于少于1 1分钟分钟)光化学收缩（光化学收缩（UVUV驱动，驱动，1818),),与光强和与光强和AzoAzo浓度有关浓度有关光聚合和光驱动可以分别采用不同波段的光源！光聚合和光驱动可以分别采用不同波段的光源！第三十八页，本课件共有62页Nature 2003,Vol.4
41、25,145可望用于微米或可望用于微米或纳米尺寸的高速纳米尺寸的高速操控器如微型机操控器如微型机器人和光学微型器人和光学微型镊子镊子改变偏振光的波改变偏振光的波长和方向能可逆长和方向能可逆地在不同方向上地在不同方向上进行卷缩和舒展进行卷缩和舒展地机械效应地机械效应第三十九页，本课件共有62页聚合物稳定的液晶显示PDLCPNLC第四十页，本课件共有62页液晶物理凝胶用于液晶物理凝胶用于散射型电光显示散射型电光显示Takashi Kato et al.J.Mater.Chem.,2003,13,2870;2002,12,2197无需偏振片，亮度高，低驱动电压，结构简单，无需偏振片，亮度高，低驱动电
42、压，结构简单，有望用于大屏幕显示有望用于大屏幕显示第四十一页，本课件共有62页胆甾型液晶凝胶用于可开关的宽带反射器胆甾型液晶凝胶用于可开关的宽带反射器a)可见光反射譜随电压的变化可见光反射譜随电压的变化b)光交联前后反射譜的变化光交联前后反射譜的变化R.A.M.Hikmet,&H.Kemperman,Nature,1998,392,476.第四十二页，本课件共有62页不同温不同温度下的度下的选择性选择性反射反射H.Yang,et al Appl.Phys.Lett.2003,82,2407.可用于譜带和带宽可用于譜带和带宽温控反射器温控反射器温度敏感的红外传温度敏感的红外传感器感器第四十三页，
43、本课件共有62页胆甾型液晶凝胶用于全色反射型液晶显示胆甾型液晶凝胶用于全色反射型液晶显示胆甾型液晶的反射色带的温控效应可用于制备局部反射不同颜色的胆甾型液晶的反射色带的温控效应可用于制备局部反射不同颜色的图案化凝胶图案化凝胶。即在不同温度下用不同的。即在不同温度下用不同的光学掩膜光学掩膜对含有手性对含有手性单体，手性添加剂，非反应性的商品液晶，少量交联剂和光单体，手性添加剂，非反应性的商品液晶，少量交联剂和光敏剂的混合物进行原位交联。敏剂的混合物进行原位交联。由于对应不同的螺距（与反射色由于对应不同的螺距（与反射色对应）开关阈值电压不同，不同颜色的区域开关次序不同，因而对应）开关阈值电压不同，
44、不同颜色的区域开关次序不同，因而无需图案化的电极。这样的胆甾凝胶层可用于全色反射型液晶显无需图案化的电极。这样的胆甾凝胶层可用于全色反射型液晶显示。无需象通常的液晶显示中要用彩色滤光片。示。无需象通常的液晶显示中要用彩色滤光片。R.A.M.Hikmet,&R.Polesso,Adv.Mater.2002,14,502.第四十四页，本课件共有62页A.Y.Bobrovsky,and V.P.Shibaev,Adv.Funct.Mater.2002,12,367.R.A.van Delden,M.B.van Gelder,N.P.M.Huck,and B.L.Feringa,Adv.Funct.M
45、ater.2003,13,319胆甾型液晶凝胶反射色的光调制胆甾型液晶凝胶反射色的光调制含手性偶氮成份的手性液晶取向膜的透过譜含手性偶氮成份的手性液晶取向膜的透过譜1.光照前；光照前；2.紫外光照后紫外光照后选择性反射光波长随不同波长紫外光选择性反射光波长随不同波长紫外光照的变化照的变化第四十五页，本课件共有62页螺旋胆甾结构的光化学调制螺旋胆甾结构的光化学调制用于可逆光子型全色显示用于可逆光子型全色显示et al光化学方式改变手性物质的螺旋能光化学方式改变手性物质的螺旋能(HTP)，从，从而改变螺距，用于而改变螺距，用于光子型的彩色显示光子型的彩色显示，只对光，只对光信息响应，无需外加电场信
46、息响应，无需外加电场关键在合成手性的光色性物质，兼有大的关键在合成手性的光色性物质，兼有大的初始初始HTP及大的及大的HTP的的光化学变化光化学变化，能在，能在整个可见整个可见光范围光范围快速响应快速响应反射向短波波转移反射向短波波转移反射向长波转移反射向长波转移第四十六页，本课件共有62页彩色显示用胆甾型液晶彩色显示用胆甾型液晶PDLCPDLC无需背光源，偏振片，滤光片无需背光源，偏振片，滤光片手性基团的光降解导致液滴内浓手性基团的光降解导致液滴内浓度降低造成反射波长红移度降低造成反射波长红移第四十七页，本课件共有62页含自组装微纤的双稳态向列型液晶含自组装微纤的双稳态向列型液晶向列型液晶的
47、电向列型液晶的电开关开关和和自组装的微纤的自组装的微纤的热开关热开关结合产结合产生生双稳态双稳态第四十八页，本课件共有62页692696第四十九页，本课件共有62页胆甾型液晶用于胆甾型液晶用于无镜低阈值无镜低阈值激光技术激光技术因为存在选择性反射譜带，胆甾型液晶为因为存在选择性反射譜带，胆甾型液晶为一维光量子带隙材料一维光量子带隙材料。其带隙结构使得它能无需在激光腔中外加镜面而发生激光。很薄（其带隙结构使得它能无需在激光腔中外加镜面而发生激光。很薄（1530微米）的小分子量的胆甾型液晶样品微米）的小分子量的胆甾型液晶样品添加不同的染料添加不同的染料可以可以发激光。胆甾型液晶的作用相当于分散的腔
48、体。发激光。胆甾型液晶的作用相当于分散的腔体。激光在反射带激光在反射带的边缘以纳米秒或微微秒的时间尺度发生的边缘以纳米秒或微微秒的时间尺度发生。胆甾型液晶弹性体。胆甾型液晶弹性体的产生使得螺旋结构可以的产生使得螺旋结构可以通过外部的机械场来改变通过外部的机械场来改变。发射的激光。发射的激光也可以通过改变手性成份的浓度和光诱导反应来精细调节也可以通过改变手性成份的浓度和光诱导反应来精细调节。用自支撑的胆甾型液晶弹性体可得到用自支撑的胆甾型液晶弹性体可得到低阈值可调制低阈值可调制的激光。的激光。1.S.T.Kim,H.Finkelmann,Macromol.Rapid Commun 2001,22
49、,429.2.H.Finkelmann,S.T.Kim,A.Muoz,P.Palffy-Muhoray,and B.Taheri,Adv.Mater.2001,13,1069.3.J.Schmidtke,W.Stille,H.Finkelmann and S.T.Kim,Adv.Mater.2002,14,746.4.A.Chanishvili,G.Chilaya,G.Petriashvili,R.Barberi,R.Bartolino,G.Cipparrone,A.Mazzulla,and L.Oriol,Adv.Mater.2004,16,791.第五十页，本课件共有62页纯胆甾液晶在纯胆
50、甾液晶在a)a)薄和薄和b)b)厚膜厚膜中典型的透过中典型的透过和发射光谱和发射光谱第五十一页，本课件共有62页Finkelmann&Palffy-Muhoray在液单晶弹性体中在液单晶弹性体中 观察到低阈值观察到低阈值可调制的无镜可调制的无镜 激光发射。线宽很窄，约激光发射。线宽很窄，约3 范围。范围。第五十二页，本课件共有62页各向异性各向异性（单畴）（单畴）铁电液晶铁电液晶弹性体的弹性体的制备制备第五十三页，本课件共有62页W.Lehmann,R.Zental 等在等在自然杂志自然杂志上报道了铁电液晶弹性体作上报道了铁电液晶弹性体作为薄膜型液晶纳米器件的研究结果为薄膜型液晶纳米器件的研究