什么是液晶?

[拼音]：yejing

[外文]：liquid crystal

也称介晶态，是一类长形分子结构的有机化合物，在一定温度范围或不同浓度下呈现出介于固态与液态之间的有序流体。它既具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。1888年，奥地利植物学家F.赖尼茨尔在合成苯甲酸胆甾醇酯时，观察到这个特征。1889年，德国物理学家O.勒曼也看到了同样的现象，并取名为液晶。1967年，美国无线电公司发表动态散射专利，从此液晶在电子工业中获得应用。中国从1970年起开始合成并应用液晶材料。

一般分为热致液晶和溶致液晶两大类。

加热到温度T1（熔点）时熔化，继续加热到T2(澄清点)才为透明的各向同性流体，在T1到T2这个温度范围称为液晶相。在正交尼科尔棱镜的偏光显微镜下观察到各种纹理结构，根据分子排列的不同而产生的不同结构，可分为近晶相、向列相和胆甾相三种。

（1）近晶相液晶 分子呈棒状，长轴相互平行排列成层（图1）。除分子重心成层外，层内分子取向有序。层间可以相互滑动和上下流动，近晶相粘度高于向列相。

（2）向列相液晶 分子也呈棒状，长轴也相互平行但不成层（图2），可以上下左右前后滑动。

近晶相和向列相液晶分子可用通式表示：

式中R、R′为烷基、烷氧基、酰氧基、氰基等，A为中央基团。目前，常用的液晶中（见表）薛夫碱类的化学稳定性和热稳定性较差；氧化偶氮苯类较为稳定，并有较宽的液晶相温度范围，但其本身带黄色，限制了它的用途；羧酸酯类易于提纯，无色，化学稳定性和热稳定性均较好，只是熔点较高；联苯类和苯基环己烷类的化学和光学稳定性相似，后者粘度较小，是目前国际上最常用的显示液晶材料之一。

（3）胆甾相液晶 为旋光性物质。这类液晶大部分是胆甾醇的衍生物，它的分子象向列相液晶那样排列，包含许多层，在层中分子长轴彼此平行，当许多层重叠时，各层中由于分子结构的非对称性，使排列方向发生一定的偏转（约15′），致使分子排列的方向与层面的法线形成螺旋（图3）。分子排列方向相同的两层之间的距离即为螺旋的螺距P，也可看作P为无穷大时的向列相，所以有扭曲向列相之称。这类液晶大都是胆甾醇的羧酸酯和卤素衍生物，如壬酸胆甾醇酯：

它易受外力影响，特别对温度敏感，呈现不同颜色。

还有用旋光性物质合成的手性液晶，如对（2-甲基丁基）对'氰基联苯：

是由符合一定结构要求的化合物与不同量溶剂所组成。最普通的溶致液晶是由双亲性分子构成，即分子中有亲水基和憎水基，如肥皂、洗涤剂、多肽、脂肪酸或磷酸酯等与水混合制成。溶致液晶在不同浓度下，由浓至稀呈现层状、圆柱状、矩状、球状等。又如聚氨基酸酯的氯仿溶液，经蒸发得到反射蓝色圆偏振光的固体膜。某种甲虫类的前翅有同类反射现象，现已能制成这样性质的人工膜。

不断发现生物膜与溶致液晶的关系，这对仿生学和生命过程的学说起着非常重要的作用。生物液晶的研究引起了广泛的兴趣。近年发展起来的高分子溶致液晶，如聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对氨基苯甲酰胺等芳香族聚酰胺，还可制成高强度、高模量的特种纤维（见芳香族聚酰胺纤维）。

液晶广泛用作电子工业用试剂。液晶在应用中要求具有化学性质稳定、耐热、耐光、无色、相变温度范围宽、高纯度（一般电阻率达 109～1011Ω·cm）和优良的物性参数。特别是介电各向异性，它决定液晶分子在电场中的行为。由于使用中要求液晶相范围为－10～＋60°C或更宽的相变温度，而大多数液晶是固体，因此将两种或两种以上的液晶（包括非液晶的添加剂），按不同比例，在熔融状态下充分均匀搅拌而成室温液晶，广泛用作显示材料，如电子表、微型计算器、液晶电视以及各种数字和文字显示屏。在室温液晶中添加少量特种染料，则可得彩色显示。某些单个液晶或混合液晶还用作气相色谱固定液和核磁共振的溶剂。胆甾相液晶的混合配方可用于温度指示（如体温计、温度计）、无损探伤和医疗诊断等。

参考书目

立花太郎等著，谈漫琪等译：《液晶知识》，科学普及出版社，北京，1984。（立花太郎など著：《液晶》，共立出版株式会社，東京，1972。）E.B.Priestley et al.，Introduction to LiquidCrystals，Plenum Press，New York，1975.

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