*二、液晶的类型和结构

    液晶是介于液体和晶态固体之间的一种各向异性凝聚流体,因为它既不是液体又不是晶体,所以也有人把这种物质状态称为介晶态或介晶相。液晶只能存在于一定的温度范围内。例如,将苯甲酸胆固醇加热到t1 = 145℃时,其结晶开始熔解,整体呈现混浊状,进入液晶状态,这时既像液体那样具有流动性,又像晶体那样具有光学上的各向异性。继续加热到t2  = 179℃时,液晶性质消失,温度高于t2才变为各向同性的普通液体。液晶存在的温度范围的下限t1是固态晶体与液晶的转变温度,称为熔点,上限t2是液晶与各向同性液体的转变温度,称为清亮点。

    到目前为止,已经发现或人工合成的液晶材料有5000多种,都是有机物质。从微观结构看,液晶材料的分子形状都是各向异性的,一般总是棒状、板状或圆盘状,并且具有固有电矩,所以有极性。从液晶分子的排布情况,可将液晶分为以下四类。

    1. 向列型液晶

图 9-28

    这种液晶的分子是棒状的,其长轴都沿某一方向平行排列起来呈现长程有序性,但分子质心的位置是无序的,所以沿其他方向最高限度只能是短程有序的,如图9-28所示。在这种液晶中,分子可以绕长轴转动,或平移。沿长轴方向液晶是近乎透明的。当受到外电场的作用时, 液晶会发生湍流,棒状分子沿长轴方向的有序排列被打乱,而变成混浊状,撤除电场后,分子长轴又重新平行排列起来,沿该方向又恢复透明,这种现象称为动态散射。大家正是利用液晶的这种效应显示图像和字码的。

         2. 胆甾型液晶

图 9-29

    这种液晶是由一层层平面向列型组织叠摞而成,每层中的分子长轴都平行排列,如图9-29所示,而后一层比前一层的分子长轴取向会沿同一方向扭转约15¢。当连续扭转360°时,始末两层之间的距离称为螺距。分子通常只能在层内绕自身长轴转动或平移,而不能随意在不同螺旋层之间移动。胆甾型液晶具有一种重要的性质,这就是随着温度和电场的变化而有选择地反射不同波长的光。这是因为胆甾型液晶的螺距对温度和电场的反应非常敏感,当螺距与入射光的波长一致时,就会对这种波长的光产生强烈的选择性反射。在日光下使用时,随着温度的升高,反射光的色彩会按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序变化,温度下降时则会按相反的顺序改变颜色。这种特性为彩色显示提供了条件,还可以利用这种特性对人体、机械和电路中的热点和冷点进行探测。

2.        近晶型液晶

    图9-30就是近晶型液晶的示意图,图中表示,棒状分子是分层排列的,每一层都与向列型液晶的情形相同,棒状分子可以在层内平移,或绕其长轴转动,但不能随意在层间移动。这类液晶的分子排列的有序性与晶体相近,故称近晶型液晶。层与层之间的关联较弱,易于相对滑动,但在一定压力和温度下各层之间的距离是确定的。

    4. 多角型液晶

图9-30

    这种液晶是由两种或两种以上的化合物所组成,其分子是两性分子,即分子的一端能与水或其他极性溶剂相结合,称为亲水端,另一端是疏水端。当含水量大于36%时,多个分子围成一个多角形集团,水充满多角形的中部,整个液晶就是由这样一个个多角形集团构成。随着含水量的增多,多角形集团中的分子数和所围成的多角形的形状都会发生变化。如果完全不含水,那么这种液晶就变成了真正的晶态结构。

    液晶对各种外界因素(如热、电、磁、光、声、应力、气氛和辐射等)的微小变化都很敏感,并会引起结构上的变化,因而产生热效应、光电效应、磁效应、光生伏特效应、超声效应、应力效应、物理化学效应或辐射效应等。所以,液晶在现代科学技术中会有越来越广泛的应用。

 

       
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