液晶 _生活百科

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液晶某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，儘管失去固态物质的刚性，却获得了液体的易流动性，并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列，形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态，这种由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体称为液晶。现在定义放宽，囊括了在某一温度範围可以是显液晶相，在较低温度为正常结晶的物质。例如，液晶可以像液体一样流动（流动性），但它的分子却是像道路一样取向有序的（各向异性）。有许多不同类型的液晶相，这可以通过其不同的光学性质（如双折射现象）来区分。当使用偏振光光源，在显微镜下观察时，不同的液晶相将出现具有不同的纹理。在纹理对比区域不同的纹理对应于不同的液晶分子。然而，所述分子是具有较好的取向有序的。而液晶材料可能不总是在液晶相（正如水可变成冰或水蒸汽）。
【液晶】液晶可分为热致液晶、溶致液晶。热致液晶是指由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。通常在一定温度範围内才显现液晶相的物质。典型的长棒形热致液晶的分子量一般在200~500g/mol左右。溶致液晶：是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。是在溶液中溶质分子浓度处于一定範围内时出现液晶相。它的溶剂主要是水或其它极性分子液剂。这种液晶中引起分子排列长程有序的主要原因是溶质与溶剂分子之间的相互作用，而溶质分子之间的相互作用是次要的。溶致液晶是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。
基本介绍中文名：液晶
外文名：liquid crystal
形态：可以流动，拥有结晶的光学性质
套用领域：信息输出设备
发现者：莱尼茨尔
发现时间：1850年
研究历史1850年普鲁士医生鲁道夫·菲尔绍（Rudolf Virchow）等人就发现神经纤维的萃取物中含有一种不寻常的物质。1877年德国物理学家奥托·雷曼（Otto Lehmann）运用偏光显微镜首次观察到了液晶化的现象。1883年3月14日植物生理学家斐德烈·莱尼泽（Friedrich Reinitzer）观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时有两个熔点。1888年莱尼泽反覆确定他的发现后，向德国物理学家雷曼请教。当时雷曼建造了一座具有加热功能的显微镜去探讨液晶降温结晶之过程，而从那时开始，雷曼的精力完全集中在该类物质。

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液晶显示屏1888年出版《分子物理学》，这是对这段时间他在材料物理领域知识的总结，特别值得一提的是，他在书中首次提出了显微镜学研究方法，通过对晶体显微镜和用它所作的观察。20世纪化学家伏兰德（D. Vorlander）的努力由聚集经验使他能预测哪一类的化合物最可能呈现液晶特性，然后合成取得该等化合物质，于是雷曼关于液晶的理论被证明。1922年法国人弗里德（G. Friedel）仔细分析当时已知的液晶，把他们分为三类：向列型（nematic）、层列型（smectic）、胆甾型（cholesteric）。1930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暂时进入低谷，也有人说，1930-1960年期间是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于当时没有发现液晶的实际套用。但是，在此期间，半导体电子工业却获得了长足的发展。为使液晶能在显示器中的套用，透明电极的图形化以及液晶与半导体电路一体化的微细加工技术必不可缺。随着半导体工业的进步，这些技术已趋向成熟。20世纪40年代开发出硅半导体，利用传导电子的n型半导体和传导电洞的p型半导体构成pn介面，发明了二极体和电晶体。在此之前，在电路中为实现从交流到直流的整流功能，要採用二极体，而要实现放大功能，要採用电子管。这些大而笨重的元件完全可以由半导体二极体和电晶体代替，不需要向真空中发射电子，仅在固体特别是极薄的膜层中，即可实现整流、放大功能，从而使电子迴路实现了小型化。接着，藉由光加工技术实现了包括二极体、电晶体在内的电子迴路图形的薄膜化、超微细化。这种技术简称为微影（photolithography）。20世纪60年代，随着半导体积体电路（integrated circuit）技术的发展，电子设备实现了进一步的小型化。上述技术的进步，对于在液晶显示装置（display）中的套用是必不可少的，随着材料科学和材料加工技术的进一步发展，以及新型显示模式和驱动技术的开发，液晶显示技术获得了快速发展。20世纪60年代随着半导体积体电路（integrated circuit）技术的发展，电子设备实现了进一步的小型化。1968年任职美国RCA公司的G.H.Heilmeier发表採用DS（dynamic scattering，动态散射）模式的液晶显示装置。在此之后，美国企业最早开始了数字式液晶手錶实用化的尝试。1971年一家瑞士公司製造出了第一台液晶显示器。截止到二十世纪末液晶的基础研究已被很好的建立起来，同时在套用和商业用途方面也得到了发展。因为他们代表了一种介于普通液体与三维固体间的状态，所以他们物理性质的调查是非常複杂的，而且需要利用到许多不同的工具和技术。液晶在材料科学中扮演着重要的角色，他们是有机化学家们调查化学结构与物理性质关係的模型材料，并且他们提供了研究生命系统特定现象的深入视角。由于他们的主要套用在显示方面，显示技术一些特定知识对于全面了解该物质是必须了解的。液晶研究在很短的历史时期内发生了许多事情，至今仍活跃于基础科学和套用科研领域。一般性定义液晶态------长程取向有序，部分位置有序或完全位置无序的一种介晶态；介晶态------分子有序度介于完美三维、长程位置及取向有序的固体晶体和缺乏长程有序的各向同性液体、气体及非结晶固体之间的一种物质态；液晶------处于液晶态的一种物质；晶相------长程周期性位置/平移有序相；液相------没有长程周期或取向有序的相；液晶相（中间相)------没有长程位置有序，但有长程取向有序的相；热致液晶相------通过加热固体，冷却各向同性液体或通过加热、冷却热力学稳定的中间相形成的中间相；溶致液晶相------在适宜的浓度、温度条件下，通过在合适的溶剂中溶解介晶化合物形成的中间相；棒状液晶相------由棒状或板条状分子结构的分子或大分子形成的一种液晶相；柱状液晶相------由堆叠成柱状的分子形成的相；介晶化合物------一种在适宜温度、压力、浓度条件下能以中间相存在的化合物；棒状液晶------由棒状或板条状分子结构的分子构成的一种介晶化合物；盘状液晶------由相对平整、盘子状或薄片状分子构成的一种介晶化合物；锥体状或碗状液晶------由来自半刚性圆锥核的分子构成的一种介晶化合物；多垂链液晶------由具有一个细长刚性核并连有几个柔性链在其末端的分子构成的介晶化合物；燕尾型液晶------由具有一个细长刚性核并连有一个柔性链在一端和一个长度一样的分枝柔性链在另一端的分子构成的介晶化合物；介晶（液晶）二聚物、三聚物等------由通常是相同结构的两个、三个或更多连线介晶单元分子构成的介晶化合物；板状液晶------由板状的分子构成的介晶化合物；两性液晶------由具有相反特性，即亲水与疏水或亲脂与疏脂两部分分子构成的化合物；双向性材料------能表现热致和溶致中间相（液晶相）的化合物。命名法液晶系统的命名法，像其他任何一种现代语言一样，仍然是一种非常有活力的非系统语言。因此，自当前人所用的命名系统之后，人们对当前可被接受的术语进行了许多改变、新表示法有了引进、过时的表示法进行了删除。因为命名系统处在不断变化的状态，对于所有的定义和与之相对应的记法是可以改变的。儘管如此，在一些地区，除了未被（科学院）认可的表示法，命名这一话题已经自然而然的被国际所接受，而在其他的研究依然是非常活跃的地区，表示法的变化是非常常见的。然而，国际液晶协会（ILCS）和国际理论化学和套用化学联合会（IUPAC）的成员正尝试着为液晶创造有史以来的第一个被广泛接受的命名系统。这种描述和见解与ILCS和IUPAC的提议想一致。在十九世纪二十年代早期，随着Friedel对向列相和近晶相（smectic phases）的命名，液晶的表示法才真正的开始。实际上，在1950——1960年，是各种各样的近晶相的存在这一事实，使得Sackmann和Demus提出这样一个方案：在近晶相液晶上面刻字。最初只有三种近晶相被定义：SmA、SmB和SmC，但随后很多新相就被很快发现了。这种概念是被Sackmann和Demus引进的，它依赖于中间相的热力学性质和相互混合的能力，因此，一个有着已知的中间相形态学标準材料，和一个未知相类型的材料的和混合性，就成为了相分类的标準。另一方面，不和混合性没有特殊的标準。因此，用Sackmann 和Demus的这种分类，所有的材料都应该被标準化。简单地说，在表示法系统引进之后，G相和H相的记法变得相互交叉，困惑（后来被Hull 和Halle研究组的共同的协商而解决了）就产生了。此外，D相先被认为是一种近晶相介绍，后来被证明是立方晶系的；B相最初被分为两种：B相和正交B相，它们后来又被重命名为B相和G相；最初人们认为有两种E相，一个是单轴的，另一个是双轴的，后来都被定义为有双轴的；当然，也有存在多年的问题，比如，是否一个相是软相的还是一个真正的近晶相。这些后面的争论最终为软晶的表示法做出来重大改变，Sm表示法逐渐消失，而B这种旧的表示法被用在近晶相和软液晶相。物理特性当通电时导通，排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说，液晶面板包含了两片相当精緻的无钠玻璃素材，称为Substrates，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机複合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。液晶是一种介于晶体状态和液态状态之间的中间物质。它兼有液体和晶体的某些特点，表现出一些独特的性质。分类液晶种类很多，通常按液晶分子的中心桥键和环的特徵进行分类。已合成了1万多种液晶材料，其中常用的液晶显示材料有上千种，主要有联苯液晶、苯基环己烷液晶及酯类液晶等。按外因因液晶产生之条件（状况）不同而被分为热致液晶（thermotropic LC）和溶致液晶（lyotropic LC），分别由加热、加入溶剂形成液晶热相致液晶相产生两种情形。液晶的光电效应受温度条件控制的液晶称为热致液晶；溶致液晶则受控于浓度条件。显示用液晶一般是低分子热致液晶。热致液晶包括向列相、近晶相、胆甾相三种。1. 近晶相液晶近晶相液晶分子分层排列，根据层内分子排列的不同，又可细分为近晶相A近晶相B等多种。层内分子长轴互相平行，而且垂直于层面。分子质心在层内的位置无一定规律。这种排列称为取向有序，位置无序。近晶相液晶分子间的侧向相互作用强于层间相互作用，所以分子只能在本层内活动，而各层之间可以相互滑动。2. 胆甾相液晶胆甾相液晶是一种乳白色粘稠状液体，是最早发现的一种液晶，其分子也是分层排列，逐层叠合。每层中分子长轴彼此平行，而且与层面平行。不同层中分子长轴方向不同，分子的长轴方向逐层依次向右或向左旋转过一个角度。从整体看，分子取向形成螺旋状，其螺距用p表示，约为0.3mm 。3. 向列相液晶向列相液晶中，分子长轴互相平行，但不分层，而且分子质心位置是无规则的。1922年，法国人弗里德（G. Friedel）仔细分析当时已知的液晶，把他们分为三类：向列型（nematic）、层列型（smectic）、胆固醇型（cholesteric）。名字的来源，前两者分别取自希腊文线状和清洁剂（肥皂）；胆固醇型的名字有历史意义，如以近代分类法，它们属于向列型。其实弗里德对液晶一词不赞同，他认为「中间相」才是最合适的表达。向列相（nematic）是最简单的液晶相，此类液晶的棒状分子之间只是互相平等排列。但它们的重心排列是无序的，在外力作用下发生流动，很容易沿流动方向取向，并且互相穿越。因此，此类型液晶具有相当大的流动性。向列相液晶又分为单轴向列相液晶和双轴向列相液晶。