1 前言1.1 实验目的①了解液晶材料的结构特点、制备方法与应用②掌握DCC法合成胆固醇丙酸（苯甲酸）酯液晶材料的操作技术1.2 液晶概述1.21 液晶的发现液晶的发现可以追溯到1888年。

据资料记载，液晶是在1888 年由奥地利的植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）发现的。

他注意到，把胆甾醇苯甲酸酯晶体加热到145.5℃，晶体会熔化成为混浊粘稠的液体，145.5℃就是它的熔点。

继续加热，当温度上升至178.5℃时，这混浊的液体会突然变成清亮的液体。

开始他以为这是由于所用晶体中含有杂志引起的现象。

但是，经过多次的提纯工作，这种现象仍然不变；而且这种过程是可逆的。

第二年，德国物理学家莱曼（O·Lehmann）发现，许多有机物都可以出现这种情况。

在这种状态下，这些物质的机械性能与各向同性液体相似，但它们的光学特性却与晶体相似，是各向异性的。

这就是说，这时的物质具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性。

莱曼称之为液晶（Liquid crystal)。

1.22 什么是液晶在不同的温度和压强下物体可以处于气相、液相和固相三种不同的状态。

其中液体具有流动性。

它的物理性质是各向同性的，没有方向上的差别。

固体（晶体）则不然，它具有固定的形状。

构成固体的分子或原子在固体中具有规则排列的特征，形成所谓晶体点阵。

晶体最显著的一个特点就是各向异性。

由于晶体点阵的结构在不同的方向并不相同，因此晶体内不同方向上的物理性质也就不同。

而液晶，因为它具有强烈的各向异性物理特征，同时又像普通流体那样具有流动性，处于固相和液相之间，所以它是物体的一种不同于以上三种物相的特殊状态。

由于液晶相处于固相和液相之间，因此液晶相(mesophase)又称为中介相（介晶相），而液晶也称为中介物(mesogen)。

1.23 液晶的分类众所周知，物质一般有气态、液态和固态三种聚集状态。

其实，还有等离子态、无定形固态、超导态、中子态、液晶态等其他聚集态结构形式。

如果一个物质已部分或全部地丧失了其结构上的平移有序性，而还保留取向有序性，它即处于液晶态。

根据液晶分子在空间排列的有序性不同，液晶相可分为向列型、近晶型、胆甾型和蝶型液晶态四类。

根据液晶相形成的条件不同，可分为热致液晶、溶致液晶和场致液晶。

此外，还可根据液晶分子的大小来分，分为小分子液晶和高分子液晶。

1.24 液晶的性质①电光效应动态散射：把某种向列型液晶放在两个特定的电极之间（电极间距离约为10微米），逐渐增加静电压。

电压不是很大时（1V 左右），液晶对光仅仅进行镜面反射。

当电压增大到某一阀值时（5V 左右），液晶在光的照射下会出现明暗相间的条纹。

电压继续增大，到达另一阀值时，液晶会对光进行漫反射。

光轴的转动：分子轴按一定方向取向的向列型液晶和近晶型液晶都具有光学单轴性。

在一般情况下光轴与分子轴方向一致。

对这种液晶施加电场时，由于介电常数的各向异性，分子轴在最初状态一致会朝向另一方向。

②热效应向列型液晶的折射率的各向异性随温度升高而降低。

温度的改变能使近晶型液晶的光轴方向发生变化。

③其它性质液晶的其它性质还有压电效应、光化学效应、光生伏特效应等等。

1.25 液晶高聚物的应用①显示和记录材料液晶高分子作为显示和记录材料往往与其分子结构和状态变化联系在一起，如玻璃化转变、分子互变异构、顺反异构、开环闭环反应、二聚或氧化还原反应。

利用液晶的相态变化的显示和记录方式称为热感式纪录;利用光化学反应原理实现显示和记录方式称为光感式纪录。

液晶高聚物具有较高的玻璃化温度,可使之在室温下保存一定工作条件下纪录的信息,用作高分子液晶显示材料。

罗朝晖等合成出一种含胆甾侧基的环状聚硅氧烷高聚物液晶,并用该液晶作为可擦存储器的记录材料,在记录和删除时无需外加电场,只需要一个简单的加热—冷却循环即可实现,记录的信息在玻璃态下可保存6个月不衰退。

Ikeda合成出了一种侧链仅含有偶氮液晶基元的均聚物,利用偶氮双键异构引起的相转变实现了光纪录。

该聚合物信息储存的光记录方法是通过其液晶态向列相在强偏振激光的照射下,受照射的局部区域吸热升温至液晶相转变温度。

同时偶氮基团发生顺反异构化由棒状的反式结构转变为弯曲的顺式结构,从而对周围的液晶相产生扰动,使其由各向异性转变为各向同性。

光源移走后受照射区域冷至玻璃化温度以下,所记录的信息就被冻结起来。

由于偶氮苯基团具有很好的抗疲劳性,因此可以实现信息的反复重复擦写。

②电流变流体电流变流体( Electrorheological fluid 简称ER流体) 通常是由具有较高介电常数的分散颗粒分散于具有较低介电常数的绝缘液体中形成的一类悬浮液。

主要特征在于其表观粘度和屈服应力等流变学性质能随外加电场的强度的变化发生快速、可逆的变化。

即无外加电场时可以像水那样流动,施加电场后,表观粘度显著增大,甚至变成固体状物质。

更为突出的是这种“液—固”行为仅在毫秒间实现,并且可逆。

电流变流体的特性提供了一种新颖、高效的能量传递、运动控制的方法,是当前仿生智能材料的首选材料之一。

在机械能传递和控制中具有广阔的前景。

刘红波等合成出一种聚硅氧烷侧链液晶高聚物,并将其作为分散相分散在硅油中。

为了便于分散，加入四氢呋喃将其混合均匀后放入真空烘箱，将四氢呋喃挥发掉得到均相的高分子液晶电流变流体。

对该变流体研究发现,在剪切速率为300s-1时,电场强度(E)从0升到2 kV/ mm ,流体的剪切应力从2 kPa. s迅速增加到10 kPa. s。

该电流变流体不仅有较宽的使用温度,且体系不存在储存沉降等问题。

③导电液晶高分子具有与π电子结构相关联的线性聚烯烃和芳杂环等的共轭聚合物具有较好的导电、非线性光学等性质。

这些“离域电子聚合物”有可能成为可充电电池、电子显示器和探测器等器件的新型材料。

在这些电子器件中,这些材料常需要被制作成不同厚度的膜,因此要求这些材料具有可溶性和可加工性。

但刚性的π共轭电子结构使这些聚合物丧失了这些性质。

Uoda等研究发现，在聚对苯(PPP)聚合物分子链上引入对称的侧基烷氧基得到的聚2,5—二烷氧基苯可以溶于四氢呋喃中,且该聚合物仍然具有很好的导电性。

崔峻等根据这一研究成果,合成出带有液晶基元的二烷氧基苯单体。

该单体在催化剂FeCl3作用下和惰性气体N2气保护下，反应可得到侧链导电液晶聚合物聚1,4—(2—甲氧基—5—正己酸联苯酯醚) 苯。

④高分子液晶合金利用液晶高分子材料与已有的高聚物进行共混改性得到的两相体系，由2组分之间的协同效应具有优异的综合性能。

利用高分子液晶对传统通用高分子材料进行改性是近些年来科研工作者研究的一大焦点。

Zhang Baoyan等制备出一种高分子液晶，将该液晶与聚砜及聚乙烯吡咯烷酮以溶液法进行共混，采取L-S相转换法得到一种共混超滤膜。

用0.05%的牛血清蛋白溶液测定其截留率，与未加入液晶组分的超滤膜相比较，共混超滤膜的截留率大幅度提高。

另外，膜的耐热性、耐酸碱性也有较大程度的提高。

⑤光纤通信涂层材料光纤通信目前常采用石英玻璃作为光导纤维。

这种外径为100～150μm的玻璃丝在很小的拉力下就被拉断。

为了保护光纤表面,提高抗拉、抗弯强度,需要给光纤表面涂以高分子树脂造成恢复层。

液晶高分子材料适于作为光纤的二次被覆材料以及抗拉构件和连接器等。

尤尼崎卡和三菱公司开发研制的PET系列非全芳烃液晶高分子材料，经改性后代替尼龙12作为光纤的二次涂层。

由于该涂层材料具有高强度、高模量、低的热膨胀系数等特性，有效的降低了由光纤本身温度变形而引起的畸变，减少了光信号传输中的损耗。

⑥医用材料甲壳素是一种天然高分子化合物。

甲壳素的衍生物具有液晶相，经湿纺后可以用作外科手术缝合线或创伤面的被覆材料。

这些物质具有生物活性，因此可以被人体所吸收，消除了手术拆线给病人带来的痛苦。

聚甲基硅氧烷侧链液晶高聚物经过交联处理，可以得到液晶弹性体。

用它制得的薄膜用来分离水杨酸类药物已经取得了良好的效果。

⑦其他液晶高聚物除在以上各方面得到广泛应用以外，还被用于制备高强度高模量的有机纤维, 如Kevlar纤维；色谱分离柱中的色谱固定液；铁电性液晶高分子材料；功能液晶分子膜等。

1.3 研究展望高分子液晶自从被发现以来，一直受到全世界科研工作者的密切关注，开辟了高分子研究和应用领域的新方向。

近年来，科研工作者又从液晶分子复合材料、含二维液晶基元的液晶高分子材料、树枝状液晶高分子材料、互穿液晶高分子材料等方向进行了大量的研究并取得丰硕的成果。

随着科研工作者的不断努力，液晶高聚物在高新技术领域的应用前景将更加广阔。

2 实验部分2.1 实验原理用DCC脱水法合成丙酸胆固醇酯，反应式如下：本法用二氯甲烷为溶剂，二环己基碳二亚胺（DCC）为脱水剂，N，N一二甲基苯胺为催化剂制备丙酸胆固醇酯。

①实验仪器有机合成实验玻璃仪器一套（含蒸馏、抽滤设备）、磁力搅拌器、薄层检测用荧光仪、水泵、熔点测定仪②实验试剂胆固醇、N，N一二甲基苯胺、丙酸、二环己基碳二亚胺（DCC）、二氯甲烷、石油醚（30～60℃）、乙醚、薄层检测用硅胶GF254、无水乙醇、HCl溶液（1mol/L）、NaOH溶液（1mol/L）、蒸馏水、无水MgSO4等。

2.3 实验步骤与现象①加料在干燥的带有磁力搅拌子、干燥管的圆底烧瓶中，加入胆固醇（1.93g，0.005mol）、脱水剂二环己基碳二亚胺（1.24g，0.0056mol）、丙酸（0.37g，0.0056mol）催化剂（除水促进剂）N，N一二甲基苯胺（0.145g，0.0012mol）、溶剂二氯甲烷（100mL），在常温下搅拌。

现象：固体先溶解，随着搅拌逐渐有白色沉淀析出②反应监测搅拌下反应20—24小时后，以30份石油醚和1份乙醚混合液为展开剂，薄层检测反应终点。

③后处理反应结束后抽滤，除去未反应完的二环己基碳二亚胺和生成的酰脲，用HCl溶液（1mol/L）、NaOH溶液（1mol/L）、蒸馏水（各50mL）分别洗涤滤液，然后加入MgSO4干燥。

④产品精制蒸馏除去溶剂二氯甲烷后得到粗产品，将粗产品加入无水乙醇重结晶三次（每次8～10mL），抽滤，干燥，得到精制产品。

⑤产物鉴定称量，计算产率，测定熔点。

2.4 实验结果①产物R f值为0.645（=2.0cm/3.1cm）②蒸馏后得到黄色油状粗产品，当重结晶、抽滤干燥后，得到大量白色晶体3 结果与讨论最终得到产物0.53g，理论产量为2.214g，产率为23.9%。

固体先溶解，后逐渐有白色沉淀生成是因为实验试剂胆固醇、丙酸和二环己基碳二亚胺等溶于二氯甲烷进行反应；反应进行一段时间后，未反应完的二环己基碳二亚胺和生成的酰脲不溶于溶剂而析出，产生白色沉淀。

薄层检测R f值为0.645，理论R f值为0.7。