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表面电荷密度对Mg/AILDHs胶体分散体系液晶相行为的影响

王宁  
【摘要】:无机液晶较之有机液晶具有较强的光、电和磁性能以及较好的耐热性,越来越引起人们的兴趣。近年来,随着新的无机液晶物质的不断发现,以及对液晶理论的深入研究,无机液晶逐渐成为液晶研究领域的新热点。 目前人们发现了几十种无机液晶物质,其中绝大多数液晶物质表现出各向同性相—向列相相变,如V_2O_5、勃姆石等;有少数液晶表现出各向同性相—柱形相相变,如Ni(OH)_2等;仅有几种无机液晶表现出各向同性相—层状相相变,如β-FeOOH、H_3Sb_3P_2O_(14)等。 历史上提出了许多关于液晶相变的理论,其中最重要的是建立于十九世纪中期的Onsager硬核模型理论。Onsager模型是基于刚性粒子的假设,粒子之间只存在刚性斥力。而在无机液晶中很多体系属于胶体体系范畴,如:锂皂石、蒙脱土、LDH等,并且多数为带电粒子。由于静电斥力和范德华力的存在,粒子之间并非刚性作用,这些作用力都会对体系相变产生影响。因此研究粒子表面电荷密度对于体系相变的影响,对于深刻理解带电胶体体系的液晶相变实质具有重要的意义。 本文研究了带不同表面电荷的两种Mg/Al LDHs(MgAl LDH和Mg_2Al LDH)胶态无机片状粒子分散体系的液晶相变,以及电解质对于体系相行为的影响。在较低的体积分数下,由于粒子可以自由运动,因此表现为各向同性相;当体积分数增加到一定值时,体系发生各向同性相—液晶相相变。对于MgAl LDH体系,当达到临界浓度后体系发生各向同性相—层状相(I-L)相变;而对于Mg_2Al LDH体系,达到临界浓度后发生各向同性相—向列相(I-N)相变。这两种不同的相行为是由于表面电荷密度差异造成的,厚度的多分散度对于体系出现的相态有很大影响,当厚度多分散度较低时,体系会出现层状相。对于MgAl LDH和Mg_2Al LDH体系,粒子厚度多分散度均较大。双电层的存在会降低厚度多分散度,而MgAl LDH体系的表面电荷密度高,双电层的厚度较大,使得厚度多分散度较低(详见第四章4.3节分析),因此发生I-L相变。 MgAl LDH分散体系发生液晶相变的临界浓度为10wt%,出现单一层状相的浓度为25wt%;Mg_2Al LDH分散体系发生液晶相变的浓度为16wt%,出现单一


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