液態(tài)晶體的類(lèi)別
隨著人們對(duì)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?xiàng)l件來(lái)看,液晶可以分為熱致液晶和溶致液晶兩大類(lèi)。
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(shuō)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,最常見(jiàn)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(wàn)種。構(gòu)成液晶物質(zhì)的分子,大體上呈細(xì)長(zhǎng)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(lèi):近晶相(Smectic liquid crystals)、向列相(Nematic liquid crystals)和膽甾相(Cholesteric liquid crystals)。Smectic由希臘語(yǔ)而來(lái),是肥皂狀之意,因這種類(lèi)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(yǔ)而來(lái),是絲狀之意,因這種液晶的薄層在偏光顯微鏡下觀察時(shí),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最早是從膽甾醇類(lèi)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(zhǎng)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(wú)序,可以自由平移,從而有流動(dòng)性,但粘滯系數(shù)很大。分子可以前后、左右滑動(dòng),但不能在上下層之間移動(dòng)。因?yàn)樗母叨扔行蛐裕嘟?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(méi)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(wú)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(duì)稱的桿來(lái)代表分子,即桿不是一頭尖,一頭圓,沒(méi)有n與-n區(qū)分。這個(gè)等價(jià)性是向列相液晶與其他液晶(如近晶相)的一個(gè)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(gè)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(lái)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(dòng)性。產(chǎn)生這種流動(dòng)性的原因,主要是由于向列相液晶各個(gè)分子容易順著長(zhǎng)軸方向自由移動(dòng)。事實(shí)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(dòng)比較自由,對(duì)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(lèi)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(zhǎng)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(zhǎng)軸排列沿螺方向經(jīng)歷360°的變化后,又回到初始取向,這個(gè)周期性的層間距離稱為膽甾相液晶的螺距(P)。膽甾相實(shí)際上是向列相的一種畸變狀態(tài)。
評(píng)論