液晶分子取向对含液晶膜气体渗透性的影响 (1988年)

液晶分子取向是指液晶分子在空间中的定向排列，这一性质对液晶材料的物理化学特性有重要影响。在液晶／聚合物复合膜中，液晶分子的取向可以通过外加磁场来控制。磁场的作用使得液晶分子可以排列成平行或垂直于磁场方向，这种排列方式的变化会对复合膜的气体渗透性产生影响。气体渗透性，指的是气体分子通过膜材料的能力，这在膜分离技术中具有非常重要的作用。 膜分离技术是一种利用膜作为屏障进行物质选择性传输的技术。这种技术相较于传统的蒸馏、冷凝或结晶等分离方法，具有节省能量、材料、设备等优点，且分离效率高、应用范围广泛。膜分离技术在工业、农业、医学等多个领域中都有应用。例如，反渗透膜和离子交换膜在海水淡化中的应用，中空纤维膜用于气体分离，以及医用高分子材料在人工脏器中的使用等。 为了提高膜分离技术的效率和性能，研究者们一直在寻求具有高分离效率、快速渗透速度和优良机械性能的膜材料。复合材料因为具有多功能性，成为了膜材料研究的新方向。复合膜是由不同材料复合而成，具有比单一材料更优越的性能。在本研究中，液晶／聚合物复合膜就是将液晶材料与聚合物如聚氯乙烯(PVC)结合，以期得到性能更优异的复合材料。 实验中使用的液晶材料EBBA与聚合物PVC以特定的质量比混合制成复合膜。EBBA具有特定的相变温度TKN，在此温度附近，复合膜的渗透系数会有显著变化。实验证明，当复合膜中的液晶分子在外加磁场的作用下沿磁场方向排列时，气体渗透性会产生变化。实验结果表明，不同类型的液晶分子（正介电各向异性和负介电各向异性的液晶）在磁场作用下会表现出不同的排列方式，从而影响气体（如O2）的渗透性能。 研究进一步表明，液晶分子在复合膜中的排列状态受聚合物链段在膜中构型的影响。高分子材料的不规则排列可能会干扰液晶分子的有序排列，使得液晶分子不能完全展现出其固有的各向异性特征。因此，液晶分子在复合膜中的取向和排列对气体渗透性具有决定性作用。 具体来说，如果液晶分子沿分子长轴方向排列，那么气体分子在液晶中的扩散系数会表现出各向异性，即沿液晶分子长轴方向的扩散要容易得多。这也解释了为什么在外加磁场作用下，当液晶分子排列成某一特定方向时，O2的渗透性能会增强或减弱。 液晶分子在复合膜中的取向对气体渗透性的影响是一个非常复杂且重要的研究课题。通过外加磁场控制液晶分子的取向，可以实现对复合膜气体渗透性的有效调节，从而提升膜分离技术的性能和应用范围。这种研究不仅在学术上具有重要意义，也在工业应用上展现出巨大的潜力。