高中物理 第3章 液体 液晶介绍

高中物理 第3章 液体 液晶介绍

液晶介绍 ‎ 液晶，即液态晶体(Liquid Crystal，LC):某些物质在熔融状态或被溶剂溶解之后，尽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。它是相态的一种，因为具有特殊的理化与光电特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。‎ 人们熟悉的物质状态(又称相)为气、液、固，较为生疏的是等离子和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合才会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。‎ 液晶的定义，以放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。‎ 同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。‎ 液晶按照分子形状划分为棒状液晶和盘状液晶。‎ 基本信息 中文名称 液晶 外文名称 liquid crystal 形态 可以流动，拥有结晶的光学性质 应用领域 电器显示 发现者 莱尼茨尔 发现时间 1888年 液晶，即液态晶体（Liquid Crystal，LC），是相态的一种，因为具有特殊的理化与光电特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。‎ 人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是等离子和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。‎ 发展历史 液晶简介 ‎1888年，奥地利叫莱尼茨尔的科学家，合成了一种奇怪的有机化合物，它有两个熔点。把它的固态晶体加热到‎145℃‎时，便熔成液体，只不过是浑浊的，而一切纯净物质熔化时却是透明的。如果继续加热到‎175℃‎时，它似乎再次熔化，变成清澈透明的液体。后来，德国物理学家列曼把处于“中间地带”的浑浊液体叫做液晶。它好比是既不象马，又不象驴的骡子,所以有人称它为有机界的骡子。液晶自被发现后，人们并不知道它有何用途，直到1968年,人们才把它作为电子工业上的材料.‎ 液晶，即液态晶体（Liquid Crystal，LC），是相态的一种，因为具有特殊的理化与光电特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是等离子和液晶。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在以放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。‎ 液晶显示材料最常见的用途是电子表和计算器的显示板，为什么会显示数字呢？原来这种液态光电显示材料，利用液晶的电光效应把电信号转换成字符、图像等可见信号。液晶在正常情况下，其分子排列很有秩序，显得清澈透明，一旦加上直流电场后，分子的排列被打乱，一部分液晶变得不透明，颜色加深，因而能显示数字和图象。液晶的电光效应是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象。一些有机化合物和高分子聚合物，在一定温度或浓度的溶液中，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性，这就是液晶。液晶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。‎ 根据液晶会变色的特点，人们利用它来指示温度、报警毒气等。例如，液晶能随着温度的变化，使颜色从红变绿、蓝。这样可以指示出某个实验中的温度。液晶遇上氯化氢、氢氰酸之类的有毒气体，也会变色。在化工厂，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。‎ 液晶种类很多，通常按液晶分子的中心桥键和环的特征进行分类。目前已合成了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。液晶显示材料具有明显的优点：驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、生产过程自动化、成本低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等。由于这些优点。用液晶材料制成的计算机终端和电视可以大幅度减小体积等。液晶显示技术对显示显像产品结构产生了深刻影响，促进了微电子技术和光电信息技术的发展。‎ 液晶是在自然界中出现的一种十分新奇的中间态，并由此引发了一个全新的研究领域。自然界是由各种各样不同的物质组成。以前，人们熟知的是物质存在有3态:固态、液态和气态。而固态又可以分为晶态和非晶态。在晶态固体中分子具有取向有序性和位置有序性，即所谓的长程有序。当然这些分子在平衡位置会发生少许振动，但平均说来，它们一直保持这种高度有序的排列状态。这样使得单个分子间的作用力叠加在一起，需要很大的外力才能破坏固体的这种有序结构，所以固体是坚硬的，具有一定的形状.很难形变。当一品态固体被加热时，一般说来，在熔点处它将转变成各向同性的液体。‎ 这各向同性的液体不具有分子排列的长程有序。也就是说，分子不占据确定的位置，也不以特殊方式取向。液体没有固定形状，通常取容器的形状，具有流动性。但是分子间的相互作用力还相当强.使得分子彼此间保持有一个特定的距离，所以液体具有恒定的密度，难于压缩。在更高的温度下，物质通常呈现气态。这时分子排列的有序性更小于液态。分子间作用更小，分子取杂乱无章的运动，使它们最终扩散到整个容器。所以气体没有一定形状，没有恒定密度，易于压缩。‎ 具结晶性的液体 ——液晶早在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，但他对此一现象的成因并不了解。奥地利布拉格德国大学的植物生理学家斐德烈?莱尼泽（Friedrich Reinitzer）在加热安息香酸胆固醇脂（Cholesteryl Benzoate）研究胆固醇在植物内之角色，于‎1883年3月14日观察到胆固醇苯甲酸酯在热熔时的异常表现。它在‎145.5℃‎时熔化，产生了带有光彩的混浊物，温度升到‎178.5℃‎后，光彩消失，液体透明。此澄清液体稍微冷却，混浊又复出现，瞬间呈现蓝色，又在结晶开始的前一刻，颜色是蓝紫的。莱尼泽反复确定他的发现后，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，后来更加上了偏光镜，正是深入研究莱涅泽的化合物之最仪器。而从那时开始，雷曼的精力完全集中在该物类物质。他初时之为软晶体，然后改称晶态流体，最后深信偏振光性质是结晶特有，流动晶体（Fliessende kristalle）的名字才算正确。此名与液晶（Flussige kristalle）的差别就只有一步之遥了。莱尼泽和雷曼后来被誉为液晶之父。由嘉德曼（L. gattermann）、利区克（A Ristschke）合成的氧偶氮醚，也是被雷曼鉴定为液晶的。但在20世纪，有名的科学家如坦曼（G. tammann）都以为雷曼等的观察，只是极微细晶体悬浮在液体形成胶体之现象。涅斯特（W. Nernst）则认为液晶只是化合物的互变异构物之混合物。不过，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，理论于是被证明。‎ 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致的无钠玻璃素材，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复合物，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。‎