液晶技术高效应用以及制备

1、液晶技术高效应用以及制备胆甾相：螺旋型结构。胆甾相：螺旋型结构。层内分子定向有序，层与层之间有一角度错位层内分子定向有序，层与层之间有一角度错位 在载玻片与盖玻片之间在载玻片与盖玻片之间, ,从各向同性液体生成胆甾相液晶从各向同性液体生成胆甾相液晶时时, ,虽然可能先出现类似近晶相的织构虽然可能先出现类似近晶相的织构, ,但稍稍移动盖玻片、但稍稍移动盖玻片、近晶相液晶的纹理织构就突然消失近晶相液晶的纹理织构就突然消失, ,光轴与面垂直光轴与面垂直, ,变为均一变为均一的相的相, ,即胆甾相即胆甾相. .这种均一的薄层具有如下特性这种均一的薄层具有如下特性: :(i)(i)干涉色干涉色 胆甾相液

2、晶薄层在白光照射时胆甾相液晶薄层在白光照射时, ,呈现如呈现如孔雀羽毛般的美丽色彩孔雀羽毛般的美丽色彩, ,这是由于它选择反射某些波这是由于它选择反射某些波长的光所产生的现象长的光所产生的现象. .至于反射那一波长至于反射那一波长, ,则取决于则取决于物质、温度、入射角和反射角物质、温度、入射角和反射角. .一般说来一般说来, ,温度低时温度低时反射红色反射红色, ,温度高时反射蓝色温度高时反射蓝色, ,但有时与此相反但有时与此相反. .(ii)(ii)旋光性旋光性 呈现干涉色的胆甾相液晶薄层具有呈现干涉色的胆甾相液晶薄层具有很大的旋光性很大的旋光性, ,至少可达到至少可达到100-1000/

3、100-1000/毫米毫米. .这个值这个值比水晶的旋光度比水晶的旋光度(20/(20/毫米毫米) )要大得多要大得多. .右旋性液晶的右旋性液晶的旋光角方向与选择反射引起的反射光波长旋光角方向与选择反射引起的反射光波长0 0 有关有关. .短波长使旋光角向右旋转短波长使旋光角向右旋转, ,长波长使旋光角向左转长波长使旋光角向左转, ,当当0 0 的反射光为右旋圆偏振光时的反射光为右旋圆偏振光时, ,旋光性的圆偏振旋光性的圆偏振光的方向具有一定的关系光的方向具有一定的关系, ,这也说明这也说明, ,旋光性是由层旋光性是由层状引起的状引起的. . 左图是干涉色和旋光性特征推导左图是干涉色和旋光性

4、特征推导 出来的结构模型出来的结构模型.即在同一层中的即在同一层中的 分子分子,象向列相液晶那样象向列相液晶那样,排列方向排列方向相同相同,当许多层重叠时当许多层重叠时,各层中分子各层中分子由于排列的非对称性由于排列的非对称性,使排列方向发使排列方向发生一定的偏转生一定的偏转,致使分子排列的方向致使分子排列的方向与 面 的 法 线 形 成 螺 旋与 面 的 法 线 形 成 螺 旋 . 胆甾相液晶薄层的干涉色很容易受温胆甾相液晶薄层的干涉色很容易受温度、机械切力、电场、有机蒸汽的吸着等度、机械切力、电场、有机蒸汽的吸着等因素而发生敏锐的变化因素而发生敏锐的变化. .据胆甾相液晶结据胆甾相液晶结构

5、的理论构的理论, ,这是因为这些因素引起了螺距这是因为这些因素引起了螺距的变化的变化, ,说明这种液晶分子层之间的吸力说明这种液晶分子层之间的吸力相当弱相当弱. .这种特性早在这种特性早在6060多年前就已被发多年前就已被发现现, ,目前已广泛应用于液晶温度计和各种目前已广泛应用于液晶温度计和各种具有温度变化的显示装置上具有温度变化的显示装置上. . = P nP：螺距。n：平均折射率。：反射波长。1.6 向列相液晶向列相液晶 向列相液晶比近晶相液晶的粘度低向列相液晶比近晶相液晶的粘度低,而且同一液晶而且同一液晶物质若具有向列相和近晶相时物质若具有向列相和近晶相时,向列相必定靠近高温向列相必定

6、靠近高温这一侧这一侧.在玻璃片之间夹着液晶加热至各向同性液体在玻璃片之间夹着液晶加热至各向同性液体,再逐渐冷却下去再逐渐冷却下去,直至向列相液晶从各向同性的液体直至向列相液晶从各向同性的液体中析出中析出,析出的向列相液晶为球形液滴析出的向列相液晶为球形液滴,而不象近晶相而不象近晶相液晶那样形成棍棒液晶那样形成棍棒. 1929年左彻年左彻(Zocher)等人发现向列相液晶的液滴具等人发现向列相液晶的液滴具有一种光学球晶那样的结构有一种光学球晶那样的结构.向列相液晶具有双折射向列相液晶具有双折射现象本身说明分子具有某种排列方向现象本身说明分子具有某种排列方向,但与近晶相液但与近晶相液晶相比晶相比,

7、则有序性较低则有序性较低,所以可以推断为近似于各向同所以可以推断为近似于各向同性液体的结构性液体的结构. 向列相液晶结构模向列相液晶结构模式除了分子长轴同一方式除了分子长轴同一方向排列外向排列外,完全无序完全无序.用用偏光显微镜观察夹在玻偏光显微镜观察夹在玻璃片之间的向列相液晶璃片之间的向列相液晶,能见到这种液晶特有的能见到这种液晶特有的纤维状纹理结构纤维状纹理结构.向列相液晶的分向列相液晶的分子排列模式子排列模式向列相的纹理结构向列相的纹理结构 向列相液晶最大的特点是在磁场、电场、表面力和机械向列相液晶最大的特点是在磁场、电场、表面力和机械力的影响下力的影响下, ,分子排列一律倾向于同一方向

8、分子排列一律倾向于同一方向. .例如例如, ,在用铬酸在用铬酸处理过的擦净的玻璃片之间夹一薄层向列相液晶处理过的擦净的玻璃片之间夹一薄层向列相液晶, ,使其光轴使其光轴与玻片面垂直与玻片面垂直, ,则其光学性质与正的单轴晶体相同则其光学性质与正的单轴晶体相同, ,表明液表明液晶分子与玻片面垂直排列晶分子与玻片面垂直排列. .相反相反, ,对于未经处理过的玻璃片对于未经处理过的玻璃片, ,则液晶薄层的表面分子排列方向倾向于与玻片面平行则液晶薄层的表面分子排列方向倾向于与玻片面平行. .铬酸玻璃片铬酸玻璃片普通玻璃片普通玻璃片 莱曼首先发现磁场会引起向列相液晶分子排列方莱曼首先发现磁场会引起向列相

9、液晶分子排列方向的变化。向的变化。 玻色（玻色（Bose）最早用纯样品进行了实验，他把厚）最早用纯样品进行了实验，他把厚度为度为0.54毫米的对毫米的对-氧化偶氮苯甲醚薄层放在玻璃氧化偶氮苯甲醚薄层放在玻璃片上，然后放入电磁铁的磁极中间，使磁力线垂直片上，然后放入电磁铁的磁极中间，使磁力线垂直通过样品薄层，在磁极开个孔，透过照射光来观察通过样品薄层，在磁极开个孔，透过照射光来观察磁场对液晶样品的效应。当磁场强度达到数千高斯磁场对液晶样品的效应。当磁场强度达到数千高斯时，发现浑浊的液晶立即变为透明，若去掉磁场，时，发现浑浊的液晶立即变为透明，若去掉磁场，则又很快回到浑浊状态。则又很快回到浑浊状态

10、。莫吉恩认为：莫吉恩认为：这现象说明光轴与磁力线方向平行排列。这现象说明光轴与磁力线方向平行排列。向列相液晶具有电场效应，主要分为两个效应：向列相液晶具有电场效应，主要分为两个效应： 其一，分子水平的微观现象。主要观测介电特性，其一，分子水平的微观现象。主要观测介电特性，实验发现，当加上电场后，由于向列相液晶分子偶实验发现，当加上电场后，由于向列相液晶分子偶极矩与分子长轴大致上平行和垂直两种情况，其介极矩与分子长轴大致上平行和垂直两种情况，其介电常数的频率响应也就各不相同，这是因为偶极子电常数的频率响应也就各不相同，这是因为偶极子在电场内显示定向排列的变化所引起的。在电场内显示定向排列的变化所

11、引起的。 其二，电场效应在宏观现象方面的反映。弗里德其二，电场效应在宏观现象方面的反映。弗里德耳指出，加上电场后，在偏光显微镜下所观察到的耳指出，加上电场后，在偏光显微镜下所观察到的向列相液晶丝状纹理织构增强。向列相液晶丝状纹理织构增强。19621962年苏联的卡普斯廷（年苏联的卡普斯廷（Kapustin)Kapustin)、19631963年美国的年美国的威廉斯（威廉斯（Williams)Williams)发现：发现： 在向列相液晶薄膜上加电压后，原有的在向列相液晶薄膜上加电压后，原有的“纤维纤维状织构状织构”中出现另一种中出现另一种“织构织构”，成为一种分区域，成为一种分区域的织构模式。的

12、织构模式。1.7 1.7 近晶相液晶近晶相液晶(Sm)(Sm) 夫里德耳曾做过这样的实验夫里德耳曾做过这样的实验: :把近晶相液晶夹在把近晶相液晶夹在载玻片与盖玻片之间载玻片与盖玻片之间, ,制成薄层制成薄层, ,将其加热成为各向将其加热成为各向同性的液体同性的液体, ,然后边逐渐冷却边用偏光显微镜观察然后边逐渐冷却边用偏光显微镜观察. .结果发现在接近相变温度时结果发现在接近相变温度时, ,有长形的液晶析出有长形的液晶析出, ,处处于从各向同性液体到液晶的阈值温度时于从各向同性液体到液晶的阈值温度时, ,则可观察到则可观察到圆柱状的颗粒圆柱状的颗粒, ,称之为棍棒状颗粒称之为棍棒状颗粒. .

13、 形成这样的析出物形成这样的析出物, ,可能是由于液晶粒子可能是由于液晶粒子本身具有各向异性所致本身具有各向异性所致, ,一旦全部成为液晶时一旦全部成为液晶时, ,棍棒状颗粒就很快融合棍棒状颗粒就很快融合, ,视野中显现出近晶相视野中显现出近晶相液晶所特有的液晶所特有的“纹理结构纹理结构”, ,时而为多角形时而为多角形, ,时时而为羽毛状而为羽毛状. . 一般来说一般来说,是由于液晶分子的光轴方向随外界条件是由于液晶分子的光轴方向随外界条件的不同而变的不同而变,所以出现了这样独特的所以出现了这样独特的“纹理结构纹理结构”.如如果所使用的玻片非常洁净果所使用的玻片非常洁净,则分子的光轴大致于玻片

14、则分子的光轴大致于玻片表面垂直表面垂直(用偏光显微镜观察时用偏光显微镜观察时,视野变暗视野变暗),可能是由可能是由于液晶分子与玻片缺乏亲和力之故于液晶分子与玻片缺乏亲和力之故.若将玻片特殊处若将玻片特殊处理理,在玻片表面开一直径为在玻片表面开一直径为1毫米的小孔毫米的小孔,并贴上液晶并贴上液晶薄膜薄膜,结果液晶表面分子的光轴也与薄膜表面垂直结果液晶表面分子的光轴也与薄膜表面垂直.由由此可见此可见,液晶表面分子的排列方向是具有一定倾向性液晶表面分子的排列方向是具有一定倾向性的的. 这种类型液晶的另一这种类型液晶的另一重要特征是具有格兰德重要特征是具有格兰德琼现象琼现象. .将一滴近晶相液将一滴近

15、晶相液晶放在新劈开的云母片晶放在新劈开的云母片之间之间, ,在偏光显微镜下观在偏光显微镜下观察时察时, ,可见到类似数层平可见到类似数层平屋顶堆积起来的形状屋顶堆积起来的形状. .近晶相液晶形成的平屋顶型液滴近晶相液晶形成的平屋顶型液滴(左左)从上面看从上面看 (右右)从侧面看从侧面看在近晶相中分子分层排列，根据层内分子排列的不同，在近晶相中分子分层排列，根据层内分子排列的不同，又可分为近晶又可分为近晶A相、近晶相、近晶B相、近晶相、近晶C相、近晶相、近晶E相相.固相SmF SmB SmC SmA N 液相 图（一）所示为近晶相液晶的图（一）所示为近晶相液晶的层状结构。即各层中的分子有一定层状

16、结构。即各层中的分子有一定的排列方向，位置则完全无序（主的排列方向，位置则完全无序（主要指近晶相要指近晶相A A和和C C），分子的长轴与），分子的长轴与层面垂直或倾斜。分子在二维空间层面垂直或倾斜。分子在二维空间的平面内可以滑动，但在垂直方向的平面内可以滑动，但在垂直方向基本上不能超出层。近晶相液晶所基本上不能超出层。近晶相液晶所特有的显微纹理织构，也是这种分特有的显微纹理织构，也是这种分子层所形成的，可能是由于其中一子层所形成的，可能是由于其中一部分分子牢牢附着于玻片表面时，部分分子牢牢附着于玻片表面时，以附着点为中心形成了曲面，当这以附着点为中心形成了曲面，当这种曲面在液晶内大量形成时，就产种曲面在液晶内大量形成时，就产生了二次曲面群集合的纹理织构模生了二次曲面群集合的纹理织构模式。式。 图(一) 近晶A相液晶的分子排列模式图(二) 近晶C相液晶的分子排列模式. .近晶近晶B相相手性近晶C相（SmC*，铁电液晶ferro）手性化合物，螺旋型结构特殊的光电效应。反铁电液晶1.9 1.9 溶致液晶相性质溶致液晶相