液晶发展史T.PDF

第一章 液晶发展史 1.1 液晶研究史 液晶是部分有序，各向异性液体，介于三维有序固体和各向同性液体之间，从分子序 来看，液晶分子具有一维或二维长程有序。液晶的研究历史可以追溯到 1888 年。澳大利亚 的植物学家 Friedrich Reinitzer 制备了胆甾醇苯甲酸酯[1]，加热过程中发现具有两个熔点， 它的描写如下：我注意到，尽管化合物没有熔化到各向同性相，但是却变为混浊，半透明液 体……，进一步升温到178.5o C 混浊态突然消失，这种变化现象存在两个熔点，并且伴随有蓝 紫色的变化，该物质存在物理各向异性。实质上，Friedrich Reinitzer 观察到的现象是液晶的 光散射现象和胆甾螺旋结构的光选择反射现象。 液晶材料一般可以分为热致液晶和溶致液晶图 1.1。 晶体 液晶 液体 气体 T 溶致液晶 热致液晶 棒状 盘状 砖状 图 1.1 液晶在物质中的位置，液晶可以分为溶致液晶和热致液晶，热致液晶有可分为棒状，盘状和砖状。 热致液晶是通过温度的变化观察其物质的液晶性能，溶致液晶则根据溶剂和浓度的不同来观 察其液晶性。溶致液晶为混合物，而认为热致液晶是纯净物，当然为了应用上的需要也可以 进行液晶的共混，从而改善液晶性能实现应用上的要求。有时候一种物质既可以表现溶致液 晶又可以表现热致液晶，这种物质称为两性相。至今已报到 80000 多种不同的小分子和聚合 物液晶。我研究室已经合成 80 多种新型液晶单体和聚合物。 热致液晶分子一般认为是由刚性的棒状，盘状，砖状或者是条状分子组成。 1.2 液晶命名 液晶命名也是一个重要研究领域。在液晶研究领域，液晶相的术语随着研究的深入在不 断的更新变化。在 1922 年 Friedel 把液晶分为向列相，胆甾相和近晶相[2]15。当时知道的液 晶相很少，向列相为长程有序相；含有手性基团的向列相具有螺旋结构，这就是我们所说胆 甾相；当液晶相的位置有序矢量呈现层状时—为近晶相。应用偏光显微镜可以区别液晶相， 值得注意的是向列和胆甾相是等同的热力学动态稳定相。手性向列相可以形成超分子螺旋结 构。 继 Friedel 之后的十年里，特别是 Halle 大学液晶研究小组在 20 世纪的 50 年代和 60 年 代发现了很多新型近晶相。他们第一次介绍了不同液晶相的命名，但是新相的命名仅仅根据 发现的先后顺序进行命名，如：α相，β 相……。为了对液晶相进行清晰规范的命名时， 早期这种根据发现的先后顺序命名便造成了很大的混淆，例如，同相在不同的文章中具有不 同的名字，或者是不同相在文章中具有相同名字，这样就要求我们对已知的液晶相进行规范 命名。在规范命名前要很好的区别不同相，Sackmann 和 Demus 提出一种溶混方法来鉴别液 晶的不同相[3]17：如果一个未知相与一个已知相在相同范围内相溶，那么它们就在这个范 围内具有相同相。反之就不能确定它的液晶相。图 1.2[4]18 描述了在已知和未知的完整相图 中决定相方法。这种方法要求我们开发大量的混合剂，这样要耗费大量的研发时间。 图 1.2 两种物质 A （左）和B （右）典型相图，以A 作为参考相，根据 B 在 A 地向列相时候具有很好的溶 解，可以判断 B 为向列相 应用共混的方法只是简单的定性的进行相鉴别。混合物 A 和高结晶物在热台两玻璃片中间 熔化，可以看到微观的活结，这时样品降温重结晶并且与样品 B 混合，这样在样品 100%A 和 100%B 边界变化，在不知道两个样品相归属的时候改变温度模拟整个相图图 1.3[5]P5。 图 1.3 模拟二元混合系统边界 如图 1.3 高序未知相在右上方，参考相在左下方。升温过程中明显看到边界，但是在一个特 定的温度区间可以根据其边界消失与否来鉴别高序相，若边界消失参考相和