基本介紹
- 中文名：熱致液晶
- 外文名：Thermatropic Liquid Crystal
- 提出者：弗里德(G．Friedel)
熱致液晶的形成原理,熱致液晶的分類,向列型,近晶型,膽甾型,
熱致液晶的形成原理
把某種能形成液晶的固體加熱到熔點T1，這種物質就轉變成為既有雙折射性，又有流動性的液晶態，肉眼能看到的是一種黏稠而渾濁的液體，其稠度隨不同的化合物而有所不同，從糊狀到自由流動的液體都有，即黏度不同。從分子角度來看，溫度超過熔點時，物質內部的分子排列還是有序的，仍然具有晶體結構的某些性質。但是，這時的分子又是能夠流動的，產生了液體的某些特性，所以說，這種物質此時處於液晶態，由於這種液晶態是靠加熱形成的，因而稱之為熱致性液晶。
溫度繼續升高，直至澄清點T2，液晶態又轉變成各向同性的液體，從分子角度來看，溫度超過澄清點時，物質分子的取向是隨機的、雜亂無章的，此時，這種物質僅有和液體一樣的流動性，而無任何有序性，所以說，這種物質在加熱到澄清點的溫度之後，就完成了從液晶態到液態的相變。如果冷卻這種液體，逆過程又可以倒轉回來，但是，有些液晶物質在冷卻時會出現過度冷卻的現象，從而形成一種不穩定相。
熱致液晶的分類
熱致液晶按其結構形態分為向列型(Nematic)、近晶型(Smectic)、膽甾型(Cholesteric)。
向列型
向列相液晶簡寫為TN，它的分子呈棒狀，分子的長寬比大於4：1，分子的長軸互相平行，但不排列成層，它能上下、左右、前後滑動，只在分子長軸方向上保持相互平行或近於平行，分子間短程相互作用微弱，向列相液晶分子的排列和運動比較自由，對外力相當敏感，目前是液晶顯示器件的主要材料。
圖1
圖1向列相液晶在偏光顯微鏡下顯示為絲狀條紋，所以有些書中把向列相液晶又稱為絲狀液晶。對於長棒狀分子構成的向列相液晶，在同一排列取向區，分子的排列很像絲線中纖維的順絲排列。圖 1就是絲狀相中分子排列示意圖。
近晶型
近晶相液晶由棒狀或條狀分子組成，分子排列成層，在層內，分子長軸相互平行，其方向可垂直或傾斜於層面，因為分子排列整齊，其規整性接近晶體，為二維有序(圖 2)。但分子質心位置在層內無序，可以自由平移，從而有流動性，然而黏度很大。分子可以前後、左右滑動，不能在上下層之間移動。因為它的高度有序性，近晶相經常出現在較低溫度區域內。已經發現至少有8種近晶相（SA～SH），近來，近晶J和K相也已被證實。
圖2
圖2膽甾型
膽甾相液晶簡寫為CH，只在旋光性物質中出現。這類液晶大部分是膽甾醇(膽固醇)的各種衍生物，這種液晶分子呈扁平狀且排列成層，層內分子相互平行，分子長軸平行於層平面，不同層的分子長軸方向稍有變化，相鄰兩層分子，其長軸彼此有一輕微的扭角（約為 15′），多層分子的排列方向逐漸扭轉成螺旋線，形成一個沿層的法線方向排列成螺旋狀結構，如圖 3所示，像一卷可以繞松繞緊的鋼絲彈簧，當不同層的分子長軸排列沿螺旋方向經歷360°的變化後，又回到初始取向，這個周期性的層間距稱為膽甾相液晶的螺距P。膽甾相實際上是向列相的一種畸變狀態，因為膽甾相層內的分子長軸彼此也是平行取向，僅僅是從這一層到另一層時的均一擇優取向旋轉一個固定角度，層層疊起來，就形成螺旋排列的結構。所以在膽甾相中加入消旋向列相液晶，能將膽甾相轉變為向列相，或將適當比例的左族、右旋膽甾相混合，在某一溫度區間內，由於左右旋的相互抵消轉變為向列相。值得指出的是一定強度的電場、磁場，亦可使膽甾液晶轉變為向列相液晶。因此膽甾相液晶也被稱作是扭曲向列相(Twisted Nematic)。
圖3
圖3