在一个处于热力学平衡状态的物质系统中,每一个均匀分布的物质都可以叫作一个相。由于所在环境的变化,物质吸收或者释放能量的过程,伴随着物质从一种均匀分布转变为另一种均分分布,即物质从一种相转变为另一种相,这个过程称为相变。在常规物料的范畴中,物质的状态主要分为固态(结晶态)、液体、气态,称为物质的“三态”。物质状态的变化本质上就是上述物质的相变。
某些由各向异性分子所构成的有机物晶体,它们在从固态变化到液态的过程中会产生一种性质介于晶体和液体之间的中间相,称为介晶相。随着外界温度的升高,晶体的分子间结合开始变得松弛,分子的指向逐步可以任意转动,但是还保持着其在点阵中的位置;随着温度进一步升高,固体态的分子开始熔化为各向同性的液态分子,这种介晶相称为塑性晶体。塑性晶体的特点是失去了一部分各向异性分布的同时,却保持着晶体的外形。随着温度的升高,还有一类有机晶体在熔化过程中,分子之间的结合开始解体,分子的指向保持不变,但是分子位置不是在点阵上,而是随机排列。
从宏观表现上看,这种有机晶体性质上仍然表现为各向异性,但是熔化过程具有流动性;如果温度继续升高到一定程度,熔化后的这种有机晶体将成为真正且各向同性的有机液体,该介晶相称为液晶。相比于原晶体,液晶的对称性有不同程度的削弱。由于液晶的以上特点,液晶分子的指向呈现有规律性,而液晶分子之间的位置分布又呈现无规律性。指向有规律性使得液晶具有晶体各向异性的性质,位置分布无规律性使得液晶具有液体的流动性。
常见的液晶分子具有两个特点:第一,液晶分子是细长形棒状的(杆状的)、蝶状的或盘状的,如图2.1所示;第二,液晶分子是刚性的。由于液晶的温度范围介于物质的固相温度和液相温度之间,具有液晶特性的物质都是有机物,约占现有有机物中的1/200。这些分子的典型尺寸一般为几纳米(nm),棒状分子的长度和直径之比,或碟形分子的直径和厚度之比约为5或者更大。由于这些分子是非球形的,一般具有取向有序性。(www.xing528.com)
图2.1 液晶分子结构
(a)杆状液晶;(b)盘状液晶
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