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简述超分子液晶2018-09-04

超分子化学是集材料化学、 信息化学和生命科学特点于一身的交叉学科,由于其 在软材料制备与开发方面的特殊应用, 导致超分子化学研究在世界上备受瞩目。 “超 分子化学”这一概念最早是由化学家 J.M.Lehn 提出“分子间的自组装和非共价键作用成就了超分子化学”, 这一概念的提出为化学学科发展提出了新的前进方向。 可见分子间非共价健的存在对于形成超分子起到了至关重要的作用。

实际上, 超分子正是 由于非共价键的作用而促使分子有组织的形成了分子聚集体。在超分子化学中, 分子 之间的作用有强有弱,取向各自不同,而且由于距离、角度的不同使其之间的作用发 生改变的程度也千差万别,依据这些差别,可以将非共价键分为氢键、 配位键、芳香 堆积作用、静电和疏水作用等。它们的强度各不相同, 这些作用力是分子自组装的 主要驱动力。 通过自组装,可以形成液晶、凝胶等多种相态,应用前景十分广泛。

一般来说水可以分为三种状态,分别为固态、液态、气态,通常情况下,我们认 为物质都是这三种状态的,但这只是对水而言,不同的物质在不同条件下可能还会存 在其他状态,比如液晶态。 它是介于固体跟液体之间的一种状态,其实这种状态仅是 材料的一种相变化的过程,只要材料具有上述的过程,即在固态及液态间有此状态存 在,物理学家便称之为液态晶体。 这种液态晶体的首次发现在公元1888年,奥地利植 物学家 Friedrich Reinitzer 在观察安息香酸胆固醇的融解行为时发现,不断加热安息香 酸胆固醇,当其温度达到145.5℃时,固体消失,呈现一种介于固相和液相之间半熔 融的液体物质,继续加热, 温度升高到178℃, 那种介于固体液体之间的物质消失, 成为液态。 第二年,德国物理学家 O.Lehmann,对安息香酸胆固醇熔融过程中出现的 第四种状态进行了更加深入的研究。他利用偏光显微镜下观测化合物的这种状态, 发 现其具有异方性结晶所特有的双折射率,即光学异相性。故将这种处于固体和液体之 间的状态命名为液晶。科学家将此这一新发现的性质,称为物质的第四态-液晶。它 在某一特定温度的范围内,会具有同时液体及固体的特性。

对以水来说,冰在加热时, 不断吸热而破坏晶格,当温度超过熔点时冰便会溶解, 变成液体。而热致型液晶则不 一样,当加热液晶物质的固态时, 其会先溶解形成液晶态,继续对其进行加热,才会 溶解成液态, 这就是二次溶解现象。 而我们所说的超分子液晶是通过非共价键相互作 用形成的复合体系, 其中非共价键包括氢键、离子作用、电荷转移作用、亲 水疏水作用及范德华力等,依据不同的驱动力来源可以构筑多种超分子液晶。 由于 非共价键作用力较弱, 形成的超分子液晶物质动态可逆,这类超分子液晶体系可能会 对环境刺激具有独特响应, 可望表现出特殊的光电性质,用于分子信息存取、分子传 感器及分子催化等不同领域。

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