教学案例一用偏光显微镜研究液晶的相变及光学特性-武汉大学PPT教学课件

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由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性， 所以具有以下光学特性：
能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏 转；
使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生 变化；
使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透 过或反射。
液晶器件基本就是根据这三种光学特 性设计制造的。
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五、本实验的内容与要求
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近晶相液晶（Smectic）又称层 状液晶
隧道显微镜下的近晶相 层状液晶
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• 近晶相液晶按层状排列，由棒状或条状分子 呈二维有序排列组成。层内分子长轴相互平 行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜 排列。层与层之间的作用较弱，容易滑动， 因此具有二维的流动特性。近晶相液晶的粘 度与表面张力都较大，用手摸有似肥皂的滑 涩感，对外界的电、磁、温度变化都不敏感。 这种液晶光学上显示正的双折射性。
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胆甾相液晶（Cholestevic），也称螺旋状 液晶
➢胆甾型液晶和近晶型一样具 有层状结构，但层内分子排 列则与向列型液晶类似，分 子长轴在层内是相互平行的， 而在垂直这个平面上，每层 分子都会旋转一个角度。
➢液晶整体呈螺旋结构。螺距 的长度是可见光波长的数量
级。
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3.液晶的应用
液晶显示技术（高分辨、快速响应、彩显）
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3.液晶的应用
液晶显示原理图
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3. 液晶的应用
液晶光学元件：快门、光圈、透镜、偏振片、 光存储器
液晶传感器：温度、电压、流速、加速度、 压力传感器，大气污染监测
液晶热图象：医学、生物领域应用 液晶聚合物、新型功能材料（记忆元件、光
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➢由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以 是左旋，也可以是右旋，当螺距与某一波
长接近时，会引起这个波长光的布拉格散 射，呈某一种色彩。
➢胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强 度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为
向列相液晶。
➢胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度 敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因
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他把这种粘稠而混浊的液体放到偏光显微镜下观察， 发现这种液体具有双折射性。
于是德国物理学家D·Leimann将其命名为“液晶”， 简称为“LC”。在这以后用它制成的液晶显示器件 被称为LCD。
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2. 液晶的基本特性
液晶实际上是物质的一种形态，它是一种处于“完 全有序的周期性结构”和“完全无规则结构”之间 的介晶态，它具有长程有序和各向异性的特征。
液晶短 轴ε⊥
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2. 液晶的双折射
• 以P型为例，长轴为光轴 ne n// n0 n
• 向列液晶有 n// n ，所以Δn>0，即向列 液晶一般都呈现正单轴晶体的光学性质。
• 胆甾型液晶具有负单轴晶体的光学性质，这 是因为：
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nO12(n//2n2)2
ne n
nnen O0
此胆甾相液晶随温度改变颜色。
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三、热致液晶相变
1. 互变相变（可逆相变）
2. 单变相变
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四、液晶的光学特性
1. 液晶的各向异性
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• P型液晶 （Δε>0） 正介电各向异性液晶 • N型液晶（Δε<0） 负介电各向异性液晶
液晶长轴ε∥
学元件）；纺织、变色纤维；微胶囊技术、 印刷油墨
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二、热致液晶的结构和分类
热致液晶按分子排列状态可分为:
向列相
近晶相 胆甾相
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向列相液晶（Nematic） 又称丝状液晶
向列液晶在偏光显微镜 下的图象
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向列型液晶由长径比很大的棒状分子组 成，保持与轴向平行的排列状态。因为分 子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向 自由移动，所以像液体一样富于流动性。 正由于向列型液晶分子的这种一致排列， 使得它的光学特性很像单轴晶体，呈正的 双折射性。对外界的电、磁、温度、应力 都比较敏感，是显示器件上广泛使用的材 料。
1. 偏光显微镜的调整与校正； 2. 了解并观察液晶光学性质—双折射效应 3. 测定单轴液晶的光轴取向和光性符号； 4. 观察和研究液晶的相变过程。
5. 本实验是一个两周内完成的综合实验， 具体内容与要求请参阅教材；对液晶的相关 性质及应用请查阅相关资料
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• 实验仪器
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用偏光显微镜研究液 晶的相变及光学特性
周殿清 于国萍
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一、液晶简介
1.液晶的发现
液晶的发现可追溯到19世纪末，1888年奥地 利的植物学家F·Reinitzer在作加热胆甾醇的 苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到 一定程度后，结晶的固体开始深解。但溶化 后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘 稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当 再进一步升温后，才变成透明的液体。这种 混浊态粘稠的液体是什么呢？
液晶具有液体的一些特征—流动性、不能承受切变 力、可形成液滴等。同时又具有晶体的某些特征— 分子的取向有序性；光折射率、介电常数、电阻率、 磁化率、粘滞系数、弹性系数均为各向异性。
液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶 解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则要在 一定的温度范围内才呈现出液晶状态。本实验采用 的是热致液晶。