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液晶的類別

日期:2024-11-08 01:39
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摘要:

液晶的類別  

      隨著人們對液晶的逐漸了解,發(fā)現(xiàn)液晶物質(zhì)基本上都是有機(jī)化合物,現(xiàn)有的有機(jī)化合物中每200種中就有一種具有液晶相。

   從成分和出現(xiàn)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(jī)物加熱溶解,由于加熱破壞結(jié)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(xiàn)的液晶相。把某些有機(jī)物放在一定的溶劑中,由于溶劑破壞結(jié)晶晶格而形成的液晶稱為溶致液晶,它是由于溶液濃度發(fā)生變化而出現(xiàn)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(tǒng)中則存在大量溶致液晶。目前發(fā)現(xiàn)的液晶物質(zhì)已有近萬種。構(gòu)成液晶物質(zhì)的分子,大體上呈細(xì)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(xiàn)絲狀型織構(gòu),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(zhì)中發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(guī)整性接近晶體,具有二維有序性。分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無序,可以自由平移,從而有流動性,但粘滯系數(shù)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(jīng)常出現(xiàn)在較低溫度范圍內(nèi)。

 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(tài),但沒有近晶相液晶中那種層狀結(jié)構(gòu)。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(qū)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(zhì)的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì),即折射系數(shù)與介電常數(shù),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(xué)上顯示正的雙折射性的單軸性與電學(xué)上的介電常數(shù)各向異性,使得用電來控制光學(xué)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(chǎn)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(shù)只是水的粘滯系數(shù)的數(shù)倍。向列相液晶分子的排列和運(yùn)動比較自由,對外界作用相當(dāng)敏感,因而應(yīng)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(jīng)脂化或鹵素取代后,呈現(xiàn)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(nèi)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(jié)構(gòu)。

                

 液晶分子   指向矢

                                         

   當(dāng)不同的分子長軸排列沿螺方向經(jīng)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(tài)。

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