液晶liquid crystal
分类 一般分为热致液晶和溶致液晶两大类。
热致液晶 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:
溶致液晶 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)。
应用 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。
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