液晶( 二 ) _生活百科

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向列相电场与磁场对液晶有巨大的影响力，向列型液晶相的介电性行为是各类光电套用的基础（用液晶材料製造以外加电场超作之显示器，在1970年代以后发展很快。因为它们有小容积、微量耗电、低操作电压、易设计多色面版等多项优点。不过因为它们不是发光型显示器，在暗处的清晰度、视角和环境温度限制，都不理想。无论如何，电视和电脑的萤幕以液晶材质製造，十分有利。大型萤幕在以往受制于高电压的需求，变压器的体积与重量不可言喻。其实，彩色投影电视系统，亦可利用手性向列型液晶去製造如偏光面版、滤片、光电调整器。

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近晶相近晶相（smectic）近晶型结构是所有液晶中具有最接近结晶结构的一类。这类液晶中，棒状分子依靠所含官能团提供的垂直于分子的长轴方向的强有力的相互作用，互相平等排列成层状结构，分子的长轴垂直于层片平面。在层内，分子排列保持着大量二维固体有序性，但是这些层片又不是严格刚性的，分子可以在本层内活动，但不能来往于各层之间，结果这类柔性的二维分子薄片之间可以相互滑动，而垂直于层片方向的流动则要困难。因此，近晶型液晶一般在各个方向都是非常粘滞的。例如：对氧化偶氮苯甲醚：CH3OC6H4(NO)=NC6H4OCH3胆甾相（cholesteric）由于首先在胆甾醇的酯和卤化物的液晶中观察到，故得其名。在这类液晶中，长形分子是扁平的，依靠端基的相互作用，彼此平等排列成层状，但是他们的长轴是在层片平面上的，层内分子与向列型相似，而相邻两层间，分子长轴的取向，由于伸出层片平面外的光学活性基团的作用，依次规则地扭转一定角度，层层累加而形成螺旋面结构。取向方向经历360°变化的距离称作螺矩。

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胆甾相胆甾相最明显的特徵是其独特的光学性质。它具有极强的旋光性、明显的圆二色性和对波长的选择性反射，后者使它在肉眼下即能显现色彩。液晶显示器件套用的主要是其旋光性。例如：苯甲酸胆甾酶酯：C6H5COOC27H45溶致型液晶溶致液晶是由两种或两种以上的组分形成的液晶，其中一种是水或其它的极性溶剂。这是将一种溶质溶于一种溶剂而形成的液晶态物质。典型的溶质部分是由一个具有一端为亲水基团，另一端为疏水基团的双亲分子构成的。如十二烷基磺酸钠或脂肪酸钠肥皂等硷金属脂肪盐类等。它的溶剂是水，当这些溶质溶于水后，在不同的浓度下，由于双亲分子亲水、疏水基团的作用会形成不同的核心相（middle）和层相（lamella），核心相为球形或柱形。层相则由与近晶相相似的层式排布构成。溶致液晶中的长棒状溶质分子一般要比构成热致液晶的长棒状分子大得多，分子轴比约在15左右。最常见的有肥皂水，洗衣粉溶液，表面活化剂溶液等。溶质与溶质之间的相互作用是次要的。由于分子的有序排布必然给这种溶液带来某种晶体的特性。例如光学的异向性，电学的异向性，以至于亲合力的异向性。例如肥皂泡表面的彩虹及洗涤作用就是这种异向性的体现。溶致液晶不同于热致液晶。它们广泛存在于大自然界、生物体内，并被不知不觉套用于人类生活的各个领域。如肥皂洗涤剂等。生物物理学，生物化学、仿生学领域都深受注目。这是因为很多生物膜、生物体，如神经、血液、生物膜等生命物质与生命过程中的新陈代谢、消化吸收、知觉、信息传递等生命现象都与溶致液晶态物质及性能有关。因此在生物工程、生命、医疗卫生和人工生命研究领域，溶致液晶科学的研究都倍受重视。溶致性液晶生成的例子，是肥皂水。在高浓度时，肥皂分子呈层列性，层间是水分子。浓度稍低，组合又不同。按致晶单元与高分子的连线方式分为主链型液晶、侧链型液晶、树枝状液晶、複合型液晶和嵌段型液晶。按液晶基元排列方向分为单畴型和多畴型液晶。按形成高分子液晶的单体结构分为两亲型和非两亲型。分子排列依其分子排列方式，分为向列型(Nematic)、距列型 (Smectic)、胆固醇型(Cholesteric)、圆盘型(Disotic)向列型液晶材料(Nematic)自1998年开始主要集中于主动式矩阵驱动的液晶平面显示器(AM-LCD)的开发，在AM-LCD用的液晶化合物中，其要求的特性有高的比电阻、低的粘度、正的铁电率异方向性、高的化学和光化学的安定性，符合这些特性的材料以氟系化合物为主。液晶化合物之分子长轴方向的氟数增加时，则其非子长轴方向的双极子动量变低。液晶铁电异方向性的增加，可经由核心部结构内之极性基的导入结合，以达到其粘度将降低的，但是当逆嚮导入时则其液晶的铁电异方向性变小。液晶分子的排列，后果之一是呈现有选择性的光散射。因排列可以受外力影响，液晶材料製造器件潜力很大。範围于两片玻璃板之间的手性向列型液晶，经过一定手续处理，就可形成不同的纹理。距列型材料(Smectic)可分为铁电性液晶和反铁电性液晶铁电性液晶(FLC)是由Meyer于1974年发现的，然后于1979年发表表面安定化铁电性液晶平面显示器，铁电性液晶是以简单矩阵式驱动的并期待具有高回响、高解析度和大画面的套用。Meyer认为要获得铁电性液晶的条件，有分子长轴和垂直方向应有永久偶极矩、无消旋体、具有向列型液晶C相。铁电性液晶在电场施加时，其回响时间与铁电性液晶的自发极化成反比，与粘性係数成正比。要获得较高的回响速度，自发极化要大、粘性係数要小。自发行极化的改善对策，是在对掌性或光学活性结构中心倒入大的永久双偶极矩、对掌性中心置于核心结构附近，以及複数的对掌性中心导入等设计理念，大的自发极化值之达成，可经由非对称性碳原子和永久偶极矩(Permant Dipole Moment) 。反铁电性液晶(AFLC)是在电场的驱动下，由反铁电性液晶转换成铁电性液晶的一种物理现像。并与非对称性*在低分子液晶的AFLC中，核心构造的苯环和共轭之苯基结合碳原子邻接者，在非对称性中心将CH3基结合的状况，要比将CF3基结合来的有安定的反铁电性，另外在高分子液晶得AFLC中，核心构造的部份连线奇数的碳碳链，也可以获得反铁电性的配列。胆固醇液晶(Cholesteric)不具有液晶性，但是当其氢氧基被卤素取代成卤素化合物，以及和碳酸或脂肪酸产生酯化反应之胆固醇衍生。胆固醇液晶材料具有特殊螺旋结构，而引发选择性光散射、旋光性和圆偏光双色性，可以利用胆固醇型液晶材料的外加电压、气体吸附和温度等因素而引发色彩的变化。类固醇型液晶，因螺旋结构而对光有选择性反射，利用白光中的圆偏光，最简单的是根据变色原理製成的温度计（鱼缸中常看到的温度计）。在医疗上，皮肤癌和乳癌之侦测也可在可疑部位涂上类固醇液晶，然后与正常皮肤显色比对（因为癌细胞代谢速度比一般细胞快，所以温度会比一般细胞高些）。碟型液晶（discotic）碟型液晶发现1970年代，是具有高对称性原状分子重叠组成之向列型或柱行系统。分子量依分子量来分，有低分子型和高分子型，在高分子的液晶有主链型和侧链型。依温度的因素，有互变转换型(Enantiotropic)、单变转换型(Monotropic）。重现性液晶（recentrant LC）其实一种物质可以具有多种液晶相。又有人发现，把两种液晶混合物加热，得到等向性液体后再冷却，可以观察到次第为向列型、层列型液晶。这种相变化的物质，称为重现性液晶（recentrant LC）。稳定液晶相是分子间的范德华力。因分子集结密度高，斥力异向性影响较大，但吸引力则是维持高密度，使集体达到液晶状态之力量，斥力和吸引力相互制衡十分重要。又如分子有极性基团时，偶极相互作用成为重要吸引力。研究方法偏光显微镜利用液晶态的光学双折射现象，在带有控温热台的偏光显微镜下，可以观察液晶物质的织构，测定转变温度。所谓织构，一般指液晶薄膜（厚度约10-100微米）在光学显微镜，特别是正交偏光显微镜下用平行光系统所观察到的图像，包括消光点或者其他形式的消光结构乃至颜色的差异等。热分析热分析研究液晶态的原来在于用DSC或者DTA直接测定液晶相变时的热效应及其转变温度。缺点是不能直接观察液晶形态，并且少量杂质也会出现吸热峰或者放热峰，影响液晶态的準确判断。除此之外还有，X射线衍射、电子衍射，核磁共振，电子自旋共振，流变学和流变光学等手段。，人们把液晶片挂在墙上，一旦有微量毒气逸出，液晶变色了，就提醒人们赶紧去检查、补漏。影响因素1.外加场对液晶的影响科学家和工程师能够使用液晶进行多样化的套用是因为外电场的干扰会导致液晶体系显微性质有意义的改变。电场和磁场都可以用来诱导这些变化。外加场的大小和它的变化速度一样，是非常重要的特质在它在工业处理的套用上。特殊的表面处理在可以被用于液晶器件从而使液晶具有特定的取向。分子的电子性质导致液晶具有沿着外加场取向的能力。永久电偶极导致当分子一端有净正电荷时，它的另外一端会出现净负电荷。在给液晶加上外电场时，偶极分子会趋向于沿电场方向取向。即使一个分子它并没有形成永久电偶极，它仍然会受到电场的影响。在某些情况下，外加场会使分子中的电子与质子发生轻微的重排，这是带电质子被激发的结果，虽然不像永久偶极子的效果那幺强，但是分子沿外加场的取向仍会发生。磁场对液晶分子的影响与电场类似，因为磁场是由移动的电荷产生的，而永久磁偶极是由围绕原子运动的电子产生的。当液晶被加上一个磁场，分子会趋向于顺着场的方向排列或沿反方向排列。2.表面处理对液晶的影响没有外加场的作用，液晶分子会沿任何方向取向。无论如何，通过对系统引入一个外部的作用而使分子产生特定的取向是可能的。例如，当一个薄的聚合物涂层（通常为聚醯亚胺）铺展在玻璃基上并用布沿一个方向摩擦它时，液晶分子会沿摩擦方向排列。对于这种现象，可以为人所接受的机理是人们相信液晶层会在部分的排列一致的高分子链上的聚醯亚胺层表面附近进行取向附生。3.手性对液晶的影响手性液晶分子通常会产生手性液晶相。这意味着液晶分子具有一定的不对称性，如产生一个立构中心。这种性质有个附加条件，就是体系不能是外消旋的（左，右手性分子的混合将会抵消手性的影响）。然而，由于液晶取向的协同性，将少数量的手性掺杂剂加入非手性中间相中，将会使液晶分子都呈现手性。手征相分子通常会螺旋性的旋转。如果旋转的螺距与可见光的波长类似，我们将观测到光波干涉效应。液晶手征相的手性旋转使体系发出向左或向右的不同的圆偏振光。这种材料能被用于製作偏振滤射片。工作原理蓝相液晶的工作原理是基于Kerr效应。将蓝相液晶置于两平行电极板之间就构成一个Kerr盒，外加电场通过平行电极板作用在蓝相液晶上，在外电场作用下，蓝相液晶就变为光学上的单轴晶体，其光轴方向与电场方向平行。当线偏振光以垂直于电场的方向通过蓝相液晶时，将分解为两束线偏振光，一束的光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。它们的折射率分别称为正常折射率n0 与反常折射率ne 。蓝相液晶是正或负双折射物质，取决于ne- n0值的为正或负。· 但是Kerr 盒的结构是不适用于显示器的，因为按标準Kerr 盒结构，电压是加在两平行电极板之间，即电场是垂直于电极板的，入射光要与电场垂直必须从两平行电极板之间入射。作为显示器，入射光是垂直于两平行透明电极板入射的，要产生与入射光垂直的电场，只能将平行电极製作在下透明电极板上。为了增强电场，每组两平行电极必须很靠近，即做成如共平面开关结构液晶盒中的交叉指电极结构。在液晶盒上、下各置一片偏振方向互相垂直的偏振片，当液晶盒上无电场时，蓝相液晶的表现如同一个各向同性介质，与上偏振片偏振方向相同的入射偏振光透不过液晶盒，呈现一个黑背景；当液晶盒上加有电场时，蓝相液晶的表现如同一个具有双折射特性的单轴晶体，其Δn 随外加电场的平方而增加，透过的光强度也随之增加，达到利用蓝相液晶的Kerr效应，用外电场实现调光的目的。这类器件透射率T与相位延迟的关係为：