最新用偏光顯微鏡研究液晶的相變及光學(xué)特性

1、l液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀(jì)末，世紀(jì)末，1888年奧地年奧地利的植物學(xué)家利的植物學(xué)家freinitzer在作加熱膽甾醇的在作加熱膽甾醇的苯甲酸脂實驗時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱使溫度升高到苯甲酸脂實驗時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱使溫度升高到一定程度后，結(jié)晶的固體開始深解。但溶化一定程度后，結(jié)晶的固體開始深解。但溶化后不是透明的液體，而是一種呈混濁態(tài)的粘后不是透明的液體，而是一種呈混濁態(tài)的粘稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當(dāng)稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當(dāng)再進(jìn)一步升溫后，才變成透明的液體。這種再進(jìn)一步升溫后，才變成透明的液體。這種混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？1.1.液晶的

2、發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn)l 他把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡下觀察，他把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。l 于是德國物理學(xué)家于是德國物理學(xué)家dleimann將其命名為將其命名為“液晶液晶”，簡稱為簡稱為“l(fā)c”。在這以后用它制成的液晶顯示器件。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱為被稱為lcd。l 液晶實際上是物質(zhì)的一種形態(tài)，它是一種處于液晶實際上是物質(zhì)的一種形態(tài)，它是一種處于“完完全有序的周期性結(jié)構(gòu)全有序的周期性結(jié)構(gòu)”和和“完全無規(guī)則結(jié)構(gòu)完全無規(guī)則結(jié)構(gòu)”之間之間的介晶態(tài)，它具有長程有序和各向異性的特征。的介晶態(tài)，它具有長程有序和各向異性

3、的特征。l 液晶具有液體的一些特征液晶具有液體的一些特征流動性、不能承受切變流動性、不能承受切變力、可形成液滴等。同時又具有晶體的某些特征力、可形成液滴等。同時又具有晶體的某些特征分子的取向有序性；光折射率、介電常數(shù)、電阻率、分子的取向有序性；光折射率、介電常數(shù)、電阻率、磁化率、粘滯系數(shù)、彈性系數(shù)均為各向異性。磁化率、粘滯系數(shù)、彈性系數(shù)均為各向異性。l 液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶。前者要溶液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶。前者要溶解在水或有機(jī)溶劑中才顯示出液晶態(tài)，后者則要在解在水或有機(jī)溶劑中才顯示出液晶態(tài)，后者則要在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出液晶狀態(tài)。本實驗采用一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出

4、液晶狀態(tài)。本實驗采用的是熱致液晶。的是熱致液晶。液晶顯示技術(shù)（高分辨、快速響應(yīng)、彩顯）液晶顯示技術(shù)（高分辨、快速響應(yīng)、彩顯） 液晶顯示原理圖液晶顯示原理圖n液晶光學(xué)元件：快門、光圈、透鏡、偏振片、液晶光學(xué)元件：快門、光圈、透鏡、偏振片、光存儲器光存儲器n液晶傳感器：溫度、電壓、流速、加速度、液晶傳感器：溫度、電壓、流速、加速度、壓力傳感器，大氣污染監(jiān)測壓力傳感器，大氣污染監(jiān)測n液晶熱圖象：醫(yī)學(xué)、生物領(lǐng)域應(yīng)用液晶熱圖象：醫(yī)學(xué)、生物領(lǐng)域應(yīng)用n液晶聚合物、新型功能材料（記憶元件、光液晶聚合物、新型功能材料（記憶元件、光學(xué)元件）；紡織、變色纖維；微膠囊技術(shù)、學(xué)元件）；紡織、變色纖維；微膠囊技術(shù)、印刷油

5、墨印刷油墨 熱致液晶按分子排列狀態(tài)可分為熱致液晶按分子排列狀態(tài)可分為: : 向列相向列相 近晶相近晶相 膽甾相膽甾相向列相液晶（向列相液晶（nematic）又稱絲狀液晶又稱絲狀液晶 向列液晶在偏光顯微鏡向列液晶在偏光顯微鏡下的圖象下的圖象 向列型液晶由長徑比很大的棒狀分子組向列型液晶由長徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。因為分成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。因為分子的重心雜亂無序，并容易順著長軸方向子的重心雜亂無序，并容易順著長軸方向自由移動，所以像液體一樣富于流動性。自由移動，所以像液體一樣富于流動性。正由于向列型液晶分子的這種一致排列，正由于向列型液晶分子的這種一致排列，使得

6、它的光學(xué)特性很像單軸晶體，呈正的使得它的光學(xué)特性很像單軸晶體，呈正的雙折射性。對外界的電、磁、溫度、應(yīng)力雙折射性。對外界的電、磁、溫度、應(yīng)力都比較敏感，是顯示器件上廣泛使用的材都比較敏感，是顯示器件上廣泛使用的材料。料。近晶相液晶（近晶相液晶（smectic）又稱層）又稱層狀液晶狀液晶 隧道顯微鏡下的近晶相隧道顯微鏡下的近晶相層狀液晶層狀液晶 近晶相液晶按層狀排列，由棒狀或條狀分子近晶相液晶按層狀排列，由棒狀或條狀分子呈二維有序排列組成。層內(nèi)分子長軸相互平呈二維有序排列組成。層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可以垂直于層面或與層面成傾斜行，其方向可以垂直于層面或與層面成傾斜排列。層與層之間的作用較弱

7、，容易滑動，排列。層與層之間的作用較弱，容易滑動，因此具有二維的流動特性。近晶相液晶的粘因此具有二維的流動特性。近晶相液晶的粘度與表面張力都較大，度與表面張力都較大，用手摸有似肥皂的滑用手摸有似肥皂的滑澀感澀感，對外界的電、磁、溫度變化都不敏感。，對外界的電、磁、溫度變化都不敏感。這種液晶光學(xué)上顯示正的雙折射性。這種液晶光學(xué)上顯示正的雙折射性。 膽甾相液晶（膽甾相液晶（cholestevic），也稱螺旋狀），也稱螺旋狀液晶液晶 膽甾型液晶和近晶型一樣具膽甾型液晶和近晶型一樣具有層狀結(jié)構(gòu)，但層內(nèi)分子排有層狀結(jié)構(gòu)，但層內(nèi)分子排列則與向列型液晶類似，分列則與向列型液晶類似，分子長軸在層內(nèi)是相互平行的

8、，子長軸在層內(nèi)是相互平行的，而在垂直這個平面上，每層而在垂直這個平面上，每層分子都會旋轉(zhuǎn)一個角度。分子都會旋轉(zhuǎn)一個角度。液晶整體呈螺旋結(jié)構(gòu)。螺距液晶整體呈螺旋結(jié)構(gòu)。螺距的長度是可見光波長的數(shù)量的長度是可見光波長的數(shù)量級。級。由于膽甾型液晶的分子排列旋轉(zhuǎn)方向可以由于膽甾型液晶的分子排列旋轉(zhuǎn)方向可以是左旋，也可以是右旋，當(dāng)螺距與某一波是左旋，也可以是右旋，當(dāng)螺距與某一波長接近時，會引起這個波長光的布拉格散長接近時，會引起這個波長光的布拉格散射，呈某一種色彩。射，呈某一種色彩。膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。一定強(qiáng)膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。一定強(qiáng)度的電場、磁場也可使膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)槎鹊碾妶?、磁場?/p>

9、可使膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢嘁壕АＯ蛄邢嘁壕?。膽甾相液晶易受外力的影響，特別對溫度膽甾相液晶易受外力的影響，特別對溫度敏感，由于溫度主要引起螺距的改變，因敏感，由于溫度主要引起螺距的改變，因此膽甾相液晶隨溫度改變顏色。此膽甾相液晶隨溫度改變顏色。 1. 互變相變（可逆相變）互變相變（可逆相變）2. 單變相變單變相變1. 1. 液晶的各向異性液晶的各向異性 p型液晶型液晶 （0）正介電各向異性液晶正介電各向異性液晶 n型液晶（型液晶（0，即向列，即向列液晶一般都呈現(xiàn)正單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)。液晶一般都呈現(xiàn)正單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)。 膽甾型液晶具有負(fù)單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，這膽甾型液晶具有負(fù)單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，

10、這是因為：是因為：/nne nn0 nn/2122/)(21nnno nne0oennn 由于液晶具有單軸晶體的光學(xué)各向異性，由于液晶具有單軸晶體的光學(xué)各向異性，所以具有以下光學(xué)特性：所以具有以下光學(xué)特性：l能使入射光沿液晶分子偶極矩的方向偏能使入射光沿液晶分子偶極矩的方向偏轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)；l使入射的偏光狀態(tài)，及偏光軸方向發(fā)生使入射的偏光狀態(tài)，及偏光軸方向發(fā)生變化；變化；l使入射的左旋及右旋偏光產(chǎn)生對應(yīng)的透使入射的左旋及右旋偏光產(chǎn)生對應(yīng)的透過或反射。過或反射。 液晶器件基本就是根據(jù)這三種光學(xué)特液晶器件基本就是根據(jù)這三種光學(xué)特性設(shè)計制造的。性設(shè)計制造的。五、1. 偏光顯微鏡的調(diào)整與校正；偏光顯微鏡的調(diào)整與校正；2. 了解并觀察液晶光學(xué)性質(zhì)了解并觀察液晶光學(xué)性質(zhì)雙折射效應(yīng)雙折射效應(yīng)3. 測定單軸液晶的光軸取向和光性符號；