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液晶的類別

日期:2022-07-20 22:39
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摘要:

液晶的類別  

      隨著人們對液晶的逐漸了解,發現液晶物質基本上都是有機化合物,現有的有機化合物中每200種中就有一種具有液晶相。

   從成分和出現液晶相的物理條件來看,液晶可以分為熱致液晶和溶致液晶兩大類。把某些有機物加熱溶解,由于加熱破壞結晶晶格而形成的液晶稱為熱致液晶,就是如前面所說由于溫度變化而出現的液晶相。把某些有機物放在一定的溶劑中,由于溶劑破壞結晶晶格而形成的液晶稱為溶致液晶,它是由于溶液濃度發生變化而出現的液晶相,*常見的有肥皂水等。目前用于顯示的液晶材料基本上都是熱致液晶,而生物系統中則存在大量溶致液晶。目前發現的液晶物質已有近萬種。構成液晶物質的分子,大體上呈細長棒狀或扁平片狀,并且在每種液晶相中形成特殊排列。

   由桿形分子形成的液晶,其液晶相共有三大類:近晶相(Smectic liquid crystals)、向列相(Nematic liquid crystals)和膽甾相(Cholesteric liquid crystals)。Smectic由希臘語而來,是肥皂狀之意,因這種類型的液晶在濃肥皂水溶液中,都顯示特有的偏光顯微鏡像,因而命名為皂相。分子分層排列,有同一方向,比較接近晶體,故譯近晶相。Nematic也是由希臘語而來,是絲狀之意,因這種液晶的薄層在偏光顯微鏡下觀察時,呈現絲狀型織構,故稱之為絲相。分子位置雜亂,但方向大致一致,故譯向列相。膽甾相液晶則是由于此種液晶*早是從膽甾醇類物質中發現的,故稱之為膽甾相。

   近晶相液晶是由棒狀或條狀分子組成,分子排列成層,層內分子長軸相互平行,其方向可以垂直于層面,或與層面成傾斜排列。因分子排列整齊,其規整性接近晶體,具有二維有序性。分子質心位置在層內無序,可以自由平移,從而有流動性,但粘滯系數很大。分子可以前后、左右滑動,但不能在上下層之間移動。因為它的高度有序性,近晶相經常出現在較低溫度范圍內。

 近晶相液晶分子排列

   向列相液晶的棒狀分子也仍然保持著與分子軸方向平行的排列狀態,但沒有近晶相液晶中那種層狀結構。向列相中分子的重心混亂無序,但分子(桿)的指向矢n大體一致,如圖1-1-8所示。圖中故意用完全對稱的桿來代表分子,即桿不是一頭尖,一頭圓,沒有n-n區分。這個等價性是向列相液晶與其他液晶(如近晶相)的一個基本特性。而向列相分子指向矢的有序排列,卻使向列相物質的光學與電學性質,即折射系數與介電常數,沿著及垂直于這個有序排列的方向而不同。正是由于向列相液晶在光學上顯示正的雙折射性的單軸性與電學上的介電常數各向異性,使得用電來控制光學性能,或液晶顯示成為了可能。

向列相液晶分子排列  

     此外,與近晶相液晶相比,向列液晶的粘度小,富于流動性。產生這種流動性的原因,主要是由于向列相液晶各個分子容易順著長軸方向自由移動。事實上不少向列相液晶的粘滯系數只是水的粘滯系數的數倍。向列相液晶分子的排列和運動比較自由,對外界作用相當敏感,因而應用廣泛。目前液晶顯示器,例如扭曲向列相液晶顯示器、超扭曲向列相液晶顯示器等所用的液晶材料均屬向列相液晶材料。

   膽甾醇經脂化或鹵素取代后,呈現液晶相,稱此為膽甾相液晶。這類液晶分子呈扁平形狀,排列成層,層內分子相互平行。不同層的分子長軸方向稍有變化,沿層的法線方向排列成螺旋結構。

                

 液晶分子   指向矢

                                         

   當不同的分子長軸排列沿螺方向經歷360°的變化后,又回到初始取向,這個周期性的層間距離稱為膽甾相液晶的螺距(P)。膽甾相實際上是向列相的一種畸變狀態。

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