实验4.18液晶电光特性及应用 自1888年奥地利植物学家莱尼茨尔F.Reiritzer)发现液晶以来，经过科学家们长期 辛勤的研究，特别是1968年美国无线电公司的海麦尔G.H.al世er)发现向列相液晶 的透明薄层通电时会出现混浊现织电光效向以后，人们对液晶结构、特性和应用的认识 得到了飞跃性的发展。现在，液晶已经被广泛地应用到许多新技术领域，成为物理学家， 化学家、生物学家、电子学家们新的用武之地。 通常说物质有三态，即气态、固态、液态。普通的无机物或有机物晶体分子在晶格结 点上作有规则排列，即构成所谓的晶格点阵，是三维有序的。这种结构使晶体具有各向异 性，如光学各向异性，介电、介磁各向异性等。当晶体受热后，在晶格上排列的分子动能增 加，振动加剧，在一定压力下，达到固态和液态平衡时的温度，就是该物质的熔点。在熔点 以下这种物质呈固态，熔点以上呈液态。在液态时，晶体所具有的各种特性均消失，变为 各向同性的液体。 某些有机物晶体熔化时，并不是从固态直接变为各向同性的液体，而是经过一系列的 中介相”。如胆甾醇苯甲酸晶体加热时，出现两个温度突变点，前一个是其熔点甲为 145.5℃。高于此温度，晶体熔融为混浊的液体。只有到达178.5℃时，才转变为清澈的 液体，这个温度被称为清亮点（©p)。熔点与清亮点之间的相态是一种中介相。处于中介 相状态的物质，原有分子排列位置的有序在熔化后丧失或大大减少，但是还保留分子平 行。某种情况下，分子能自由平动，但是它们的转动总是受限制的；分子长轴取向的长程 关联在中介相中还是可以得到。因此一方面具有像流体一样的流动性和连续性，另一方 面它又具有像晶体一样的各向异性，这样的有序流体就是液晶。在熔点和清亮点之间为 液晶相区间，这个区间可能存在着一系列相变化。当物质从各向同性的状态中冷却时，类 似晶体的特征又恢复。这种中介相热力学上是可逆的。 构成液晶的分子为有机分子，大多为棒状，即它的长度尺寸为直径尺寸的5倍以上。 由于分子结构的这种对称性，使得分子集合体在没有外界干扰的情况下相互平行排列，以 使系统自由能最小。但是，各个分子之间并不严格平行，我们用序参数S来描述液晶排 列的有序程度。 S=1/23cos201)> (4.18.1) 其中，是分子长轴与参考方向之间的夹角，“”表示平均值。S值随温度变化，一般可以 近似表示为 S=K[(Te-T)/Te] (4.18.2) 式中，T:为向列相液晶清亮点，T为向列相液晶的温度，K为比例常数。随温度增加，S 228实验4 .18 液晶电光特性及应用 自1888 年奥地利植物学家莱尼茨尔( F . Reinitzer) 发现液晶以来, 经过科学家们长期 辛勤的研究, 特别是1968 年美国无线电公司的海麦尔( G. H. Heil mei er) 发现向列相液晶 的透明薄层通电时会出现混浊现象( 电光效应) 以后, 人们对液晶结构、特性和应用的认识 得到了飞跃性的发展。现在, 液晶已经被广泛地应用到许多新技术领域, 成为物理学家、 化学家、生物学家、电子学家们新的用武之地。 通常说物质有三态, 即气态、固态、液态。普通的无机物或有机物晶体分子在晶格结 点上作有规则排列, 即构成所谓的晶格点阵, 是三维有序的。这种结构使晶体具有各向异 性, 如光学各向异性, 介电、介磁各向异性等。当晶体受热后, 在晶格上排列的分子动能增 加, 振动加剧, 在一定压力下, 达到固态和液态平衡时的温度, 就是该物质的熔点。在熔点 以下这种物质呈固态, 熔点以上呈液态。在液态时, 晶体所具有的各种特性均消失, 变为 各向同性的液体。 某些有机物晶体熔化时, 并不是从固态直接变为各向同性的液体, 而是经过一系列的 “中介相”。如胆甾醇苯甲酸晶体加热时, 出现两个温度突变点, 前一个是其熔点( mp) 为 145 .5 ℃。高于此温度, 晶体熔融为混浊的液体。只有到达178 .5 ℃时, 才转变为清澈的 液体, 这个温度被称为清亮点( cp) 。熔点与清亮点之间的相态是一种中介相。处于中介 相状态的物质, 原有分子排列位置的有序在熔化后丧失或大大减少, 但是还保留分子平 行。某种情况下, 分子能自由平动, 但是它们的转动总是受限制的; 分子长轴取向的长程 关联在中介相中还是可以得到。因此一方面具有像流体一样的流动性和连续性, 另一方 面它又具有像晶体一样的各向异性, 这样的有序流体就是液晶。在熔点和清亮点之间为 液晶相区间, 这个区间可能存在着一系列相变化。当物质从各向同性的状态中冷却时, 类 似晶体的特征又恢复。这种中介相热力学上是可逆的。 构成液晶的分子为有机分子, 大多为棒状, 即它的长度尺寸为直径尺寸的5 倍以上。 由于分子结构的这种对称性, 使得分子集合体在没有外界干扰的情况下相互平行排列, 以 使系统自由能最小。但是, 各个分子之间并不严格平行, 我们用序参数 S 来描述液晶排 列的有序程度。 S = 1/2〈( 3cos 2 θ- 1) 〉 ( 4 .18 .1) 其中,θ是分子长轴与参考方向之间的夹角,“〈〉”表示平均值。S 值随温度变化, 一般可以 近似表示为 S = K[ ( Tc - T) / Tc ] ( 4 .18 .2) 式中, Tc 为向列相液晶清亮点, T 为向列相液晶的温度, K 为比例常数。随温度增加, S 228