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三態以外的狀態 篇名 態以外的狀態 作者 鄭仁瑋 。明道中學。高中部一年二班 1 PDF created with pdfFactory trial version 三態以外的狀態 壹●前言 世界上存在的物質都有其表現的方式 ，雖然表現的狀態大都是固、液、氣這 態 ，但是其實也有很多奇妙的物質處於三態以外的狀態 ，像 ：超流體 ，如果把 超流體放在一個杯子裡，你一定會認為它會就這樣待在那杯子中，但是其事實不 然，它竟然就沿著杯壁往上爬，然後就爬出去了呢！你想不想知道為什麼會這 樣？其實我就是因為想知道這世界上奇妙的現象是如何發生的才決定要寫一篇 關於這個的論文。在這一篇論文裡我會探討除了三態以外較常見的狀態，所謂的 狀態就是物質表現的形式，也就是 「相」，像：非晶固態、超臨界態、超固態、 液晶態、費米子凝聚態、等離子態、超導態，探討他們的特性 、性質、功能 、對 人類的影響及以後的 展。到底什麼是費米子凝聚態？那超流態又是什麼？他們 又有什麼奇妙的現象？火、果凍、鼻涕又是屬於哪一態？且讓我們一起來探索這 奇妙的狀態世界 。 貳●本文 一、液晶態 1. 何謂液晶 為什麼液晶要叫液晶呢？不叫其他的名子卻要叫液晶，其實液晶這 個名子的出現還要回到一百多年以前，在西元1888 年 ，液晶首次被奧 地利的植物學家FriedrichReinitzer 所 現，其在觀察從植物中分離精製 出的安息香酸膽固醇(cholesterylbenzoate)的融解行為時 現，此化 物加 熱至145.5 度℃時 ，固體會熔化 ，呈現一種介於固相和液相間之半熔融 流動白濁狀液體，這種狀況會一直維持溫度升高到178.5 度℃ ，才形成 清澈的等方性液態(isotropicliquid) 。隔年 ，在1889 年 ，研究相轉移及熱 力學平衡的德國物理學家O.Lehmann ，對此化 物作更詳細的分析 ，他 在偏光顯微鏡下 現此黏稠之半流動性白濁液體化 物具有異方性結 晶所特有的雙折射率(birefringence)之光學性質，即光學異相性 (opticalanisotropic) ，故將這種似晶體的液體命名為液晶。此後，科學家 將此一新 現的性質，稱為物質的第四態-液晶(liquidcrystal) 。它在某一 特定溫度的範圍內，會具有同時液體的流動性及固體的晶格，其實這種 狀態僅是物質的一種相變化的過程(請見圖 1) ，只要物質具有上述的過 程，即在固態及液態間有此一狀態存在，物理學家便稱之為液態晶體（液 晶）像鼻涕、布丁、果凍、膽固醇及導致白內障的混濁物質都是液態晶 體。