液晶的分类与性质的分析介绍，

根据液晶相的成分和出现的物理条件,液晶可以分为热致液晶和溶致液晶。溶致液晶是由多种组分混合而成的,通过改变溶液的浓度而破坏结晶晶格,从而出现液晶相,溶致液晶主要是溶质和溶剂之间的相互作用而引起的长程有序,常见的洗衣粉溶液和肥皂水都是溶致液晶。热致液晶是由单成分的纯化合物或均匀混合物构成的,通过改变温度而破坏结晶晶格,从而出现液晶相,实验中常用的液晶有5CB、E7等。

根据液晶分子的排列状态不同,热致液晶又可分为近晶相液晶、向列相液晶和胆甾相液晶。近晶相液晶是由棒状或条状分子互相平行排列形成的层状结构,层内分子的长轴相互平行,其方向可垂直于层面或与层面成倾斜排列,其分子排列整齐,规整性接近晶体,如图8.1(a)所示。液晶材料中最常见的是向列相液晶,该液晶的棒状分子与长轴基本平行,具有长程取向有序性,但其重心排列却是无序的,在受到外力的影响下,排列方向易发生改变,如图8.1(b)所示。胆甾相液晶分子分层排列,层与层之间相互平行,分子长轴在层内排列是互相平行的,在相邻层间是成螺旋状改变的,其螺距的长度与温度有关[1],如图8.1(c)所示。

图8.1　热致液晶的分类(www.xing528.com)

(a)近晶相;(b)向列相;(c)胆甾相

向列相液晶分子成棒状结构,且取向有序,从光学性质上可以看成单轴晶体,在平行和垂直于光轴方向上存在两个不同的介电常数ε∥和ε⊥,介电各向异性表示为Δε=ε∥-ε⊥。通过实验发现不同类型的液晶分子,其分子的长轴方向偏向平行或垂直于分子电偶极矩(电场的方向),在外电场的作用下,正性液晶分子的长轴方向平行于分子电偶极矩(即Δε＞0),负性液晶分子的长轴方向垂直于分子电偶极矩(即Δε＜0)。液晶的折射率也是各向异性的,当入射光的电场方向垂直于液晶指向矢时(即垂直于单轴晶体的光轴方向,o光),其体现为寻常光折射率n o,而当入射光的电场方向沿着液晶的指向矢时(e光),液晶材料体现为异常光折射率n e,双折射系数表示为Δn=n e-n o。除此之外,液晶的电阻率、电导率和黏滞系数也都表现为各向异性。由此可见,对于不同偏振态的入射光,液晶材料表现出不同的光学特性。

正是由于这种各向异性的特性,液晶在材料、物理和化学等基础科学中均扮演着十分重要的角色。液晶材料具有明显的优点,如功耗小、驱动电压低、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无害、成本低廉、便于携带等,在显示领域有着不可忽视的重要地位,液晶显示已经入选很多国家的战略新兴产业。另外,在非显示领域,液晶光电子器件主要用于光通信领域的可调谐无源器件,实现对光信号的控制和分配,即通过外加电场或磁场等外力来改变液晶分子的转向,进而对电磁波的强度、相位、偏振等进行有效调控,如光开关、滤波器、光衰减器、偏振控制器、空间光调制器等已被广泛应用于可见光波段和微波波段。由于液晶具有良好的电光调制特性,因此对于液晶光子学器件的研究和开发也从可见光、近红外波段逐渐向长波方向如中远红外、THz波段乃至微波波段延伸。