高分子液晶的物理性质及其应用

胆甾相液晶高分子

胆甾相液晶具有螺旋结构。因此有特殊的光学性质，如选择反射、圆二色性、强烈的旋光性及其色散、电光和磁光效应等。
选择反射：将薄层胆甾液晶注入玻璃盒内，白光照射时会看到液晶盒呈现鲜艳彩色，不同角度观察其彩色也不同。彩色还随温度改变。选择反射类似于晶体的布拉格反射。胆甾相本征螺距与可见光波长相当，故出现可见光的布拉格反射。反射峰波长位置为 ，峰宽 。p为胆甾相的螺距。

圆二色性：材料选择吸收或反射光束的两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。若胆甾相是右手螺旋，则左旋圆偏振光入射时几乎完全透射，右旋圆偏振光则完全反射。线偏振光可分解为等强度的两圆偏振光，故一半透射，一半反射。

旋光性及色散：胆甾相液晶的旋光率可表示为 。负号为旋光符号，与胆甾相的螺旋符号相反。

螺距与温度、电磁场的关系：胆甾相的螺距p极易随温度、电场、磁场、化学环境、压力、声波和各种辐射场的改变而变化。其最大反射波长随温度不同而显著不同，故可用于热色显示。在磁场或电场作用下，螺距p随场强增大而增大，达到阀值强度时螺旋结构解体，螺距无穷大。为获得不同螺距，可将不同胆甾材料或胆甾相与向列相按不同比例混合。

电光效应：胆甾相的电光效应有相变效应、方栅格效应、存储效应、彩色效应等。

影响溶致型高分子胆甾液晶螺距的因素有：

浓度：螺距p随高分子在胆甾相中的浓度升高而减小。

溶剂温度：胆甾相材料的螺旋方向与溶剂有关。温度升高时，螺距增大，至某一温度时螺旋方向会发生反转。

多肽侧链：多肽侧链长度不同，在同一溶剂中螺距与温度的关系也不尽相同。多肽取代基结构也会影响螺距，取代基尺寸越大，螺距也越大。

热致胆甾相液晶高分子在柔性高分子链中含液晶基团和手性中心，包括主链型和侧链型两大体系。主链型的液晶基团和柔性间隔基交替联接，柔性单元上含有不对称碳原子时高分子具手性。调节手性和非手性间隔基的比例可改变胆甾相的温度范围和螺距。侧链型液晶高分子采用最多的手性侧基是胆甾相醇衍生物。

光学非线性液晶高分子

非线性光学效应包括光倍频现象、泡克耳效应、克尔效应、三倍频和四波混频现象等。有机材料非线性极化系数高，光损伤阀值高，响应快。易于设计加工等特点优于无机非线性光学材料。要使有机材料的二阶非线性极化系数高，要求分子有较大的永久偶极矩，使施主和受主基团分置分子两端；电子易沿分子长轴方向运动；长的直线状分子。这些要求基本集中于液晶分子身上。

侧链液晶高分子是常用的光学非线性有机材料。但其极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点，先将这些单体采用通常方法取向，再进行聚合。 采用液晶网络方式，将以上非线性侧链液晶高分子进一步交联起来，当它处于玻璃转变温度以上时仍处于液晶相。在机械力作用下通过高分子网络链节与侧基的相互作用尔获得良好的取向。

液晶高分子还可用于光电调制器。其折射率随电场（光场）而改变。

铁电性和反铁电性液晶高分子

将液晶夹在两片间隔约2微米的玻璃盒内，由表面处理使表面处液晶分子都沿同一方向排列，如+θ，从而克服其螺旋结构此时所有分子自发极化也沿同一方向，表现出宏观的极化。这种一致性排列还可用外加电场保持，使电场方向与铁电性液晶分子极化强度同向即可。改变电场极性可使铁电性液晶分子在正负θ两个状态改变。若在液晶盒上下适当布置两偏置片，可获得暗和亮两种光学状态。铁电性液晶显示是目前响应最快的液晶电光效应，可用于快速电光开关。其视角特性也相当好。常见的铁电性液晶有：

反铁电性液晶的分子排列仍成层状，与 不同的是相邻两层自发组成一组，一组内两层分子反方位倾斜。它不会有宏观自发的极化强度。相比于铁电性液晶的优点是：存在陡峭的电场阀值；存在三个电光状态及双迟滞现象，对显示灰度和驱动都很有帮助。 的分子结构为：

若侧链液晶高分子主链为柔性，玻璃化温度低于室温，侧基是有可以形成铁电性液晶相 的小分子基团组成，则它也将呈铁电性液晶相。其中侧基像小分子量 相那样堆垛排列，主干卷缩在层间，主链构象呈铁饼状。一些铁电性测量液晶高分子如下：

光存贮应用

侧链液晶高分子的支链具有与小分子液晶一样的电光性质，但其粘滞系数很大以致于响应过慢。然而可利用液晶高分子的热-光效应来实现光存贮。主链常采用聚硅烷、聚丙烯酸酯或聚酯，侧链为液晶基团。为提高写入光吸收效率，可将一些小分子染料溶于高分子中，或直接将其键合到液晶高分子的主链上，与液晶型侧基一起构成共聚物。向列相、胆甾相、近晶相液晶高分子都可实现光存贮。

侧链液晶高分子用于存贮显示有易擦除（加温到各向同性相）、寿命长、对比度高、存贮可用等优点。