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超分子液晶 主讲人 侯瑞斌 超分子与液晶结合形成了新的研究领域 超分子液晶 一 简介 液晶高分子是在一定条件下能以液晶相态存在的高分子 与其它高分子材料相比 液晶高分子有液晶相所特有的取向序和位置序 与普通低分子液晶化合物相比 液晶高分子又具有高分子化合物的结构和功能特性 如具有高分子量等 高分子化合物的功能特性和液晶相序的有机结合赋予了液晶高分子以鲜明的个性和特色 以高强度 高模量 低热膨胀率 耐辐射和化学药品腐蚀等优异性能开辟了特种高分子材料的新领域 超分子液晶是建立在分子间非键相互作用基础上的复合液晶体系 氢键 范德华相互作用 静电相互作用 疏水作用等可用于超分子液晶的组装 或直接导致扩展液晶基元的形成 超分子液晶不仅具有液晶相特有的分子取向有序性 而且与其他小分子液晶化合物相比 它又具有分子量高的特点 因此有序性和分子量高的结合使超分子液晶具有新的特性 这种新的复合液晶体系表现出液晶分子的行为 而且比自组装前具有更稳定的液晶性和更宽的液晶态范围 二 超分子液晶的构成 超分子液晶 则是以不同的小分子液晶和 或 高分子液晶通过超分子结合形成的一种聚集态 它可定义为两种或多种不同的分子之间利用超分子化学方法制备的复合液晶体系 对传统液晶的研究主要针对液晶基元在整个分子结构中的排列所导致的液晶相差异 而对超分子液晶除了研究其液晶态的溶致性 热致性和感应性特征 以及空间有序性 如向列型 近晶型和胆甾型等相态外 同时还研究了超分子化合物非共价键结合的特征 如 由氢键 离子键 络合键等导致的种种软性类聚合物所具有的响应性能 这种聚集态结构打破了传统液晶的化学键结合的壁垒 使形成液晶相的方式多样化 为设计新一代功能性的实用性材料提供了更多的可能 以下将从超分子角度按非共价键的种类介绍近年来几种典型的超分子液晶的研究及其特性 三 典型的超分子液晶 1 氢键型超分子液晶 氢键在超分子液晶中占有主导地位 它在强度上最高可以达到120kJ mol 约为一般共价键强度的一半 它虽然不是最强的非共价键 但是它的高度取向性和丰富的形成方式却弥补了种种缺陷 使其成为超分子液晶中最常见的非共价键连接 2 离子型超分子液晶 离子相互作用也是一类经常用以组装超分子体系的比较强的非共价键合作用 2 金属离子配位自组装超分子液晶 金属液晶聚合物为能够呈现液晶性能的金属配合物 它是由金属离子 如铜 镍 铝 铂 锌 钴 钒等 以配位形式存在于聚合物大分子链中而形成自组装 它们具有离子或非共价键的特性 该物质本身并没有显示出任何的液晶形式 但是通过加入Na K Cr 合成2 1 对苯乙烯基苯并冠醚衍生物与金属离子的摩尔比 主客体络合物之后 却表现为介晶态 3 新型超分子液晶 杂多酸超分子复合物液晶材料 SEC 12 表面活性剂 离子自组装 层状聚集 K15 Eu BW11O39 2 Wuetal Chem Commun 2005 3785 1 表面活性剂 多阴离子复合物构筑液晶材料2 含有介晶基团的表面活性剂对液晶的形成起重要作用 超分子化学正以勃勃生机带动整个化学及其边缘学科的发展 液晶超分子则因其独特性质引起广泛关注 这些研究领域有 分子识别