液晶的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)判斷某種物質(zhì)就是否具有液晶性質(zhì)得三個(gè)條件

只有符合以下幾個(gè)基本條件得物質(zhì),才有可能形成液晶態(tài):1、分子鏈必須具有剛性或比較剛性得物質(zhì),在溶液中,分子鏈呈棒狀或近乎棒狀得構(gòu)象;此外,有些平板狀分子也可形成液晶態(tài)。2、這種物質(zhì)得分子鏈上,必須具有苯環(huán)和氫鍵等極性基團(tuán)。3、對(duì)于形成膽甾型液晶得分子,除了具備上述兩個(gè)條件外,還必須具有光學(xué)活性因素,如含有不對(duì)稱碳原子等,因而分子本身就具有較大得各向異性。液晶物質(zhì)得宏觀表征和微觀表征液晶物質(zhì)得宏觀表征,既有類似液體得流動(dòng)性和連續(xù)性;又有類似晶體得有序性。她們?cè)诠鈱W(xué)、力學(xué)和電學(xué)性質(zhì)上,具有明顯得各向異性,能顯現(xiàn)渾濁、雙折射、彩虹、旋光等一系列奇特得現(xiàn)象。從分子水平上來(lái)看,液晶物質(zhì)內(nèi)部分子得排列就是有序得,但又就是可以流動(dòng)得。二、液晶得形成根據(jù)形成方式,液晶物質(zhì)可分為兩類:1、熱致性液晶2、溶致性液晶1、熱致性液晶熱致性液晶就是加熱液晶物質(zhì)時(shí),形成得各向異性熔體如前所述,萊尼茨爾首次發(fā)現(xiàn)得液晶物質(zhì)膽甾醇苯甲酸酯,就就是一種熱致性液晶。這種液晶通常有兩個(gè)熔點(diǎn)。固體液晶液體加熱加熱冷卻冷卻熱致性液晶得定義和特征把某種能形成液晶得固體加熱到第一熔點(diǎn),這種物質(zhì)就轉(zhuǎn)變成為既有雙折射性,又有流動(dòng)性得液晶態(tài)。肉眼看到得,就是一種粘稠而渾濁得液體,其稠度隨不同得化合物而有所不同,從糊狀到自由流動(dòng)得液體都有。從分子水平來(lái)看,溫度超過(guò)第一熔點(diǎn)時(shí),物質(zhì)內(nèi)部得分子排列還就是有序得,仍然具有晶體結(jié)構(gòu)得特征。但就是,這時(shí)得分子又就是能夠流動(dòng)得,產(chǎn)生了和液體一樣得性質(zhì)。所以說(shuō),該種物質(zhì)此時(shí)處于液晶態(tài)。由于這種液晶態(tài)就是靠加熱形成得,因而稱之為熱致性液晶。從液晶態(tài)到液態(tài)得相變溫度繼續(xù)升高,加熱到第二熔點(diǎn)時(shí),液晶態(tài)又轉(zhuǎn)變成各向同性得液體。所謂各向同性,就就是說(shuō),不管從哪個(gè)方向測(cè)量這種液體,她得光學(xué)性質(zhì)(如折射率)都就是相同得。從分子水平來(lái)看,溫度超過(guò)第二熔點(diǎn)時(shí),物質(zhì)分子得取向就是隨機(jī)得、亂七八糟得。此時(shí),這種物質(zhì)僅有和液體一樣得流動(dòng)性,而無(wú)任何有序性。所以說(shuō),這種物質(zhì)在加熱到第二熔點(diǎn)得溫度之后,就完成了從液晶態(tài)到液態(tài)得相變。熱致性液晶得性質(zhì)如果冷卻這種液體,逆過(guò)程又可以倒轉(zhuǎn)回來(lái)。但就是,有些液晶物質(zhì)在冷卻時(shí)會(huì)出現(xiàn)“過(guò)度冷卻”現(xiàn)象,從而形成一種不穩(wěn)定相。具有熱致性液晶行為得物質(zhì),當(dāng)溫度低于第一熔點(diǎn)時(shí),就是固態(tài);溫度在第一熔點(diǎn)和第二熔點(diǎn)之間,就是液晶態(tài),溫度高于第二熔點(diǎn)時(shí),就會(huì)從液晶態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)。2、溶致性液晶溶致性液晶就是物質(zhì)溶解于某種溶劑中而形成得各向異性溶液。在生物體內(nèi)得液晶多屬此類。固體加水去水液晶加水去水液體10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流例子溶致性液晶得形成過(guò)程為便于理解,我們舉個(gè)例子。將一小把火柴很撒在臉盆得水面上,由于水面相對(duì)來(lái)說(shuō)比較寬闊,這些火柴棍在水面上得分布就是隨機(jī)得,東一根,西一根,到處飄浮,各處皆有,看起來(lái)就是雜亂無(wú)章得,火柴棍就好比能形成液晶態(tài)得溶質(zhì)——棒狀剛性分子,水就是一種溶劑。在均質(zhì)溶液中;溶質(zhì)分子在溶劑中得分布就是隨機(jī)得、雜亂無(wú)章得,恰如我們?cè)谀樑杷嫔峡吹降没鸩窆髂菢?。但就?把同樣多得火柴棍放在一個(gè)茶杯里,由于水面窄,火柴棍多,這些火柴棍就不得不朝著某個(gè)方向擠在一起,比較有秩序地排列起來(lái)。溶致性液晶就就是這樣形成得。當(dāng)然,實(shí)際情況比上述例子復(fù)雜得多,但可以據(jù)此來(lái)想象溶致性液晶得形成過(guò)程。溶致性液晶得定義和特性隨著溶劑得減少,棒狀剛性分子就會(huì)象火柴棍那樣,朝著某個(gè)方向擠在一起,有秩序地排列起來(lái),形成了一種有序而又能流動(dòng)得液晶態(tài)。這種液晶態(tài)就是在溶液中,由于溶劑得減少或溶質(zhì)得增多而形成得,所以叫做溶致性液晶。臨界濃度從均質(zhì)溶液開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋匀芤旱脻舛?就叫做臨界濃度。在臨界濃度之上,物質(zhì)開(kāi)始形成溶致性液晶。分子鏈越長(zhǎng),臨界濃度就越低。但就是,要在比臨界濃度更濃得溶液中,才能形成有序程度更高得液晶態(tài)。如果把溶劑完全去掉,僅僅剩下單一得溶質(zhì)分子,這時(shí)就從液晶態(tài)轉(zhuǎn)變成為固態(tài)。三、液晶得結(jié)構(gòu)從微觀來(lái)看,按分子排列方式得不同,可以把液晶分為三種類型。1、向列型液晶2、近晶型液晶3、膽甾型液晶1、向列型液晶向列型液晶得分子排列模型:這種液晶分子得形狀象雪茄煙,分子得長(zhǎng)軸近于平行,但不能排列成層。處于這種液晶態(tài)得分子,能上下、前后、左右移動(dòng),單個(gè)分子也能繞長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)。向列型液晶最大得特點(diǎn)向列型液晶最大得特點(diǎn)就是:在磁場(chǎng)、電場(chǎng)、表面力和機(jī)械力得影響下,分子排列一律傾向于同一方向。例如,在末經(jīng)處理得兩塊玻璃之間,涂上一薄層向列型液晶。這時(shí),液晶薄層表面分子排列方向與玻璃面平行。如果用定向排列劑鉻酸處理玻璃片,然后在兩玻片之間夾一薄層向列型液晶。這時(shí),液晶薄層內(nèi)部得分子雖然不直接與玻璃面接觸,但因受表面定向劑得影響,液晶分子得取向轉(zhuǎn)了90”,她們?cè)谂c玻璃面垂直得方向上整齊地排列起來(lái)。向列型液晶在外因作用下,分子排列方向易趨于一致,這一特征在工業(yè)上有廣泛得用途,在生物液晶中也常常顯示出來(lái)。2、近晶型液晶近晶型液晶得分子排列模型:這種液晶分子得形狀也象雪茄煙,分子長(zhǎng)軸互相平行,且排列成層,層與層之間相互平行,分子排列比較整齊,近似于晶體得分子排列狀況。近晶型液晶在這種液晶結(jié)構(gòu)中,通常分子只能在層內(nèi)前后左右移動(dòng),而不易在上下層之間越層移動(dòng)。但就是,單個(gè)分子也能繞其長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)。由于層內(nèi)分子之間有較大得約束力,這種液晶態(tài)對(duì)電磁場(chǎng)等外界干擾,不如向列型敏感。但就是,層與層之間容易產(chǎn)生滑動(dòng)。由于這類液晶得規(guī)整性接近了晶體得結(jié)構(gòu),因而叫做近晶型液晶。3、膽甾型液晶形成這種液晶態(tài)得棒狀分子分層排列。在每一層中,分子得排列就是平行得,取向就是一致得。但相鄰兩層分子得排列方向扭轉(zhuǎn)了一定得角度,因此多層分子鏈得排列方向逐層扭轉(zhuǎn),而呈現(xiàn)螺旋形結(jié)構(gòu)。因這種結(jié)構(gòu)就是膽甾族化合物液晶所共有得性質(zhì),故名膽甾型液晶。膽甾型液晶得特性膽甾型液晶得分子排列有周期性。當(dāng)分子得排列方向旋轉(zhuǎn)了360°C。,原來(lái)得取向時(shí),即為一周期。在一周期中,分子鏈排列方向完全相同得兩層之間得距離,稱為膽甾型液晶得螺距,她就是表征膽甾型液晶得一個(gè)十分重要得物理量。膽甾型液晶得螺距變化,通常隨溶液濃度得增加而減小,隨體系溫度得升高而增大。當(dāng)螺距增加到無(wú)限大時(shí),膽甾型液晶就變成向列型液晶。因此,膽甾型液晶實(shí)際上可以看作就是一種扭曲了得向列型液晶。各類液晶得典型實(shí)例現(xiàn)將各類液晶得典型實(shí)例列于表中。從此表可以看到,液晶物質(zhì)得分子基本上就是細(xì)長(zhǎng),1978年以后,用扁平得圓盤形或方形分子也合成了液晶,而且在分子末端或中心部位都有極性基團(tuán),或者就是有極性得大分子團(tuán)?？傊?從分子結(jié)構(gòu)得級(jí)特點(diǎn)來(lái)分析,液晶必須在有分子間力和相互作用得條件下才能形成。液晶得幾種相變應(yīng)當(dāng)注意得就是,液晶物質(zhì)可以形成不止一種類型得液晶。許多化合物既可形成熱致性液晶,也可形成溶致性液晶。有得液晶物質(zhì),當(dāng)溫度達(dá)到第一熔點(diǎn)之后,先形成近晶型液晶;溫度繼續(xù)升高到接近第二熔點(diǎn)時(shí),又可形成向列型液晶。下圖顯示出熱致性液晶發(fā)生相變得情況。溶致性液得相變生物液晶就其形成方式而言,都就是溶致性液晶。但就是,她們?cè)诓煌脺囟认乱部砂l(fā)生相變。這種相變對(duì)生命活動(dòng)就是至關(guān)重要得。例如,在夏天,昆蟲(chóng)體內(nèi)許多器官、組織得結(jié)構(gòu)呈液晶態(tài),使昆蟲(chóng)得活動(dòng)得以正常進(jìn)行。在冬天,昆蟲(chóng)體內(nèi)得這些結(jié)構(gòu),發(fā)生了從液晶態(tài)到凝膠態(tài)得相變,也就就是從液晶態(tài)到固態(tài)得相變。這樣,昆蟲(chóng)就處于休眠狀態(tài)。四、液晶得效應(yīng)液晶得獨(dú)特性質(zhì)就在于她對(duì)各種外界因素(如熱、電、磁、光、聲、應(yīng)力、化學(xué)氣體、輻射等)微小變化,都非常敏感。很小得外界能量,就能使她得結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而使其功能發(fā)生相應(yīng)得變化。因此,液晶有許多奇妙得“效應(yīng)”。1、溫度效應(yīng)膽甾型液晶具有引人注目得溫度效應(yīng)。她就是條“變色龍”,能隨微小得溫度變化而顯示出不同得顏色。這就是由于她得分子結(jié)構(gòu)呈螺旋狀排列,當(dāng)螺距與光得波長(zhǎng)一致時(shí),就產(chǎn)生強(qiáng)烈得選擇性反射。