胆甾相液晶温度相变2资料.
胆甾相液晶的光学性质
•一、胆甾相液晶的光学性质胆甾相液晶同其他液晶态物质一样，既有液体的流动性、形变性、粘性，又具有晶体光学各向异性，是一种优良的非线性光学材料。
较一般液晶不同的是它具有螺旋的状的分子取向的排列结构，因此，它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
（1）选择性反射有些胆甾相液晶在白光的照射下，会呈现美丽的色彩。
这是它选择反射某些波长的光的结果。
实验表明，这种反射遵守晶体衍射的布拉格（Bragg）公式。
一级反射光的波长为：λ=2nPsinφ其中：λ为反射波的波长，P为胆甾相液晶的螺距，n为平均折射率，φ为入射波与液晶表面的夹角。
（2）旋光效应在液晶盒中充入向列相液晶，把两玻璃片绕于他们相互垂直的轴相对扭转90°角度，这样向列相液晶的内部就发生了扭曲，于是形成一个具有扭曲排列的向列相液晶的液晶盒。
这样的液晶盒前后放置起偏振片和检偏振片，并使其偏振方向平行。
在不加电场时，一束白光射入，液晶盒使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转了90°。
因而光进入检偏振片时，由于偏振光轴相互垂直，光不能通过检偏片，液晶盒不透明，外视场呈暗态，增加外电压，超过某一电压值时，外视场呈亮态，由此就可以得到黑底白像若起偏片与检偏片的偏振方向互相垂直，可得到白底黑像。
（3）圆二色性圆二色性指材料选择性吸收或反射光束中两个旋向相反的圆偏振光分量中的一个。
如果一束入射光照射在液晶盒上，位于反射带内与盒中液晶旋向相同的圆偏振光几乎都被反射出去，而旋向相反的圆偏振光几乎都透射过去，这是一个非常罕见的性质，荷兰菲利浦实验室的两位科学家1998年在Nature上撰文说，利用凝胶态液晶（liquid-crystal gels）的圆二色性，可以实现镜面状态和透明状态之间的切换。
二、胆甾相液晶的电光效应液晶的电光效应很多，由于本文主要研究胆甾相液晶，所以下面仅介绍几种常见的胆甾相电光效应。
（1）退螺旋效应对于介电各向异性>0的液晶当垂直于螺旋轴的方向对胆甾相液晶施加一电场时，会发现随着电场的增大，螺距也同时增大，当电场达到某一阈值时，螺距趋于无穷大，胆甾相在电场的作用下转变成了向列相。
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成
自1984年发明了超扭曲向列相液晶显示器(STN2LCD)以来,由于它的显示容量扩大,电光特性曲线变陡,对比度提高,要求所使用的向列相液晶材料电光性能更好,到80年代末就形成了STN2LCD产业,其代表产品有移动电话、电子笔记本、便携式微机终端。STN型与TN型结构大体相同,只不过液晶分子扭曲角度更大一些,特点是电光响应曲线更好,可以适应更多的行列驱动。STN2LCD用混晶材料的主要成分是酯类和联苯类液晶化合物,这两类液晶黏度较低,液晶相范围较宽,适合配制不同性能的混晶材料。另外为了满足STN混晶的大K33/ K11值和适度△n的要求,通常需要在混晶中添加炔类、嘧啶类、乙烷类和端烯类液晶化合物。调节混晶体系的△n通常用炔类单体、嘧啶类单体乙烷类单体等。K33/ K11值对STN2LCD的阈值锐角有很大影响,较大的K33/K11值使显示有较高的对比度。为了提高K33/K11值,往往需要在混晶中添加短烷基链液晶化合物和端烯类液晶化合物。
1. 2. 1胆甾相液晶
这类液晶大都是胆甾醇的衍生物。胆甾醇本身不具有液晶性质,其中只有当O H基团被置换,形成胆甾醇的酯化物、卤化物及碳酸酯,才成为胆甾相液晶。并且随着相变而显示出特有颜色的液晶相。胆甾相液晶在显示技术中很有用, TN、STN等显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的。另外,温度计也应用于此液晶。
主要内容：
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成
一 液晶的简介和分类
随着人们对液晶的逐渐了解,发现液晶物质基本上都是有机化合物,现有的有机化合物中每200种中就有一种具有液晶相。
显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的,现已发展成很多种类,例如各种联苯腈、酯类、环己基(联)苯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类、二苯乙炔类、乙基桥键类和烯端基类以及各种含氟苯环类等。人们通常根据液晶形成的条件,将液晶分为溶致液晶( Lyot ropic liquid crystal s )和热致液晶( Thermot ropic liquid crystal s)两大类。
液晶特性
液晶物性1. 液晶简介1888年,澳大利亚叫莱尼茨尔的科学家，合成了一种奇怪的有机化合物，它有两个熔点.把它的固态晶体加热到145℃时，便熔成液体，只不过是浑浊的，而一切纯净物质熔化时却是透明的。
如果继续加热到175℃时，它似乎再次熔化，变成清澈透明的液体。
后来，德国物理学家列曼把处于“中间地带”的浑浊液体叫做晶体。
它好比是既不象马，又不象驴的骡子,所以有人称它为有机界的骡子.液晶自被发现后,人们并不知道它有何用途，直到1968年,人们才把它作为电子工业上的的材料.分子量小的大部分物质的状态随着温度的上升呈现物质的三种状态——固体(solid)、液体(liquid)和气体(gas)。
但若是分子量大而且结构特殊的物质时，其状态的变化就不那么简单。
1888年Reinizer在给cholesteric benzonate结晶加热时发现，当加热到145.5度时会变成混浊的白色有粘性的液体，当加热到178.5度时会完全变成透明的液体。
Lehman发现结晶和透明液体之间的这种状态(phase)具有当时被认为是固体固有的光学各向异性，因此被命名为液晶(liquid crystal)。
即液晶(liquid crystal)是liquid和crystal 的合成词，表示具有液体所特有的流动性(fluidity)的同时还具有结晶所特有的光学各向异性(optical anisotropy)。
因是存在于固体与液体之间的状态，所以叫做中间相(mesophase)更准确，但更多的是按照惯例叫液晶。
随着研究的深入，在许多物质中发现了液晶相，而且发现具有液晶相的分子都带有类似长条状或圆盘状的分子结构(请参考图1)。
如图2所示，带有液晶相的分子在达到一定的低温时是按一定规则排列的结晶结构，但达到一定的熔点(melting point)以上时，其质量中心自由移动，但其条状的方向形成一定的分布状态成为各向异性的液体(anisotropic liquid)，而这时就是液晶相。
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展选择性反射胆甾相液晶（Cholesteric Liquid Crystals，简称CLC）是一种由胆甾分子组成的特殊液晶结构，具有较高的选择性反射和优良的光学性能。
近年来，CLC材料在光子晶体、光学显示、生物传感等领域取得了广泛的应用。
本文将对选择性反射胆甾相液晶的研究进展进行全面分析，介绍其特性、制备方法及应用领域，并展望未来的发展方向。
一、选择性反射胆甾相液晶的特性1. 高度的选择性反射：CLC材料能够选择性反射特定波长的光线，具有较好的光学性能和色彩饱和度。
2. 自组装结构：CLC材料具有自组装的特性，能够形成有序的分子排列结构，表现出周期性的亮暗条纹图案。
3. 光学响应：CLC材料对外部光场具有响应性，能够通过外界条件调控其光学性能，包括反射波长、反射颜色等。
4. 多样的形态：CLC材料在不同条件下可以形成不同的相态，包括螺旋相、等向相、向列相等。
目前，制备CLC材料的方法主要包括溶液法、共溶液法、自组装法、聚合法等。
自组装法是一种较为常用的制备方法，其具体步骤包括：1. 选择合适的胆甾分子：选择性反射胆甾相液晶的制备需要选择适合的胆甾分子，包括手性胆甾、取代基胆甾等。
2. 溶剂溶解：将选取的胆甾分子溶解在合适的溶剂中，形成准备溶液。
3. 自组装调控：通过调控溶液中的温度、浓度、PH值等条件，使胆甾分子自组装成周期性结构。
4. 固化处理：将自组装成液晶相的溶液进行固化处理，以形成稳定的CLC材料。
由于其独特的光学性能和自组装特性，选择性反射胆甾相液晶材料在多个领域具有广泛的应用前景，包括：1. 光子晶体：CLC材料可作为光子晶体的组成单元，用于制备光学滤波器、光学隔离器等光学器件。
2. 光学显示：由于CLC材料具有选择性反射和响应性，可应用于全彩色调制光学显示技术，制备高分辨率的显示器件。
3. 生物传感：CLC材料对外界光场具有敏感性，可应用于生物传感器、光学探测器等领域，用于生物分子检测与分析。
液晶材料简介与几种胆甾型液晶材料的合成
自1992年发现胆甾相液晶具有零场下多稳定相态织构现象以来,反射式胆甾相液晶显示(Cholesteric liquid crystal display ,简称:Ch2LCD)已发展成为一种新型显示模式。最突出的优点是具有零场记忆特性,在零电场时,能长期保持显示内容,其能耗只有TFT2LCD的1/ 8左右。由于不需要偏振片和背光源,具有高反射能力和宽视角,能够实现类似纸般的阅读效果,特别适用于电子书籍阅读器、商业广告等领域。美国、日本、欧洲和中国等国家投入了大量人力、物力从事这方面的基础研究和应用开发工作,发展很快。2000年开发出黄绿模式胆甾相液晶电子书籍,2001年开发出黑白模式电子书籍2003年已发展到全彩色模式e2book ,成为近几年液晶显示领域的一个热点。显示用胆甾相液晶材料是由宽温向列相液晶组合物(Nematic liquid crystal components)和手性组合物(Chiral components)配制而成,具有平面织构(Planar Texture)、焦锥织构(Focal Conic Texture)等多种稳定相态的液晶材料。与其他液晶材料相比,胆甾相液晶材料的螺距较短、双折射率大、手性组分含量高。
1胆甾相液晶材料的性能要求
胆甾相液晶材料独特的螺旋结构决定了它特殊的光学特性[7 ]。对于反射式液晶显示,其液晶材料必须满足Bragg方程(1) ,即中心反射波长(λ0)与液晶材料的螺矩( p)及其平均折射率(n)成正比:λ0=.n p (1)由于液晶材料具有介电各向异性、折射率ne和no ,平均折射率(n )为( ne + 2no ) / 3。例如,若一液晶的ne = 1. 70 ,no = 1. 50 ,为了反射出波长λ=550nm的可见光,其螺矩应约为350nm。另一方面,液晶显示的反射光谱波带(Δλ)是与液晶材料的螺矩( p)及双折射率(Δn=ne -no)成正比:Δλ= pΔn (2)从公式(2)中可见,当p值一定时,在满足Bragg反射(即Δλ值一定)的前提下,提高胆甾相液晶材料的Δn ,有利于改善液晶反射效果。液晶材料的螺距p和手性掺加剂的螺旋扭曲力常数(Helical Twisting Power ,简称HTP值)及其在液晶组合物中的含量Xc关系是:p = [(HTP)Xc] -1(3)胆甾相液晶材料的HTP值是由手性分子自身性质决定。当p值一定时,手性分子的HTP值越大,在其液晶材料中的含量(Xc)相对越少,越有利于胆甾相液晶的性能改善。由于不同Ch2LCD模式具有不同的螺矩,只有通过调节不同HTP值的手性组分及其在液晶材料中的含量来改变螺矩和反射波长(或显示屏颜色)。在胆甾相液晶材料中,其Δn、介电各向异性(Δε)是由向列相液晶组合物性能决定,其粘度是由向列相液晶组合物和手性组合物共同决定。要改善胆甾相液晶显示性能,降低工作电压、增加亮度、提高响应速度和工作温度范围、实现黑白或全色彩的高对比度显示,除了改进显示方法外,必须在提高液晶材料的双折射率、扩大介电各向异性、降低粘度、减少手性组分含量等方面解决问题。因此,设计与合成新型高HTP值的手性化合物分子,开发低粘度、高Δn值、高Δε值液晶分子已成为近几年的重要新课题。
胆甾相液晶在显示中的应用
胆甾型液晶显示的研究及进展摘要胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。
在液晶相状态下具有独特的光学特性，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景。
本文系统阐述了其在光学显示领域的研究进展关键字：胆甾相液晶，用途，特性，进展1.胆甾型液晶简介液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质，具有光电动态散射特性；它有多种液晶相态，例如胆甾相，近晶相，向列相等。
由于液晶分子的有序排列，使得其呈现有选择的散射，也因此使其具有显示功能的潜力。
胆甾相液晶是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物，其分子内具有手性碳原子和周期性螺旋结构。
在液晶相状态下具有独特的光学特性，类似一维光子晶体，具有选择性布拉格反射，因此在功能材料领域具有广阔的应用前景[1]。
2.胆甾型液晶组成及排列2.1.胆甾型液晶组成单一成分的胆甾型液晶：此类胆甾相液晶分子本身就具有旋光性，大部分是胆甾醇的卤化物、脂肪酸或碳酸酯等衍生物，分子结构通式如图2-1所示，其中-R1为饱和碳链, -R2为任意原子团[2]。
图2-1 胆甾醇酯分子通式此外对氧化偶氮苯甲醚类、对正甲氧基苯甲醛类化合物，具有不对称碳原子，呈长棒状的化合物等通常都可能成为胆甾相液晶。
多组分的胆甾型液晶：为满足液晶各方面性质的要求，故用于显示的胆甾相液晶一般是混合物，可以由胆甾型液晶与胆甾型液晶互混而成，也可以通过向具有不对称碳原子、存在相互成对应体的旋光异构体的向列相液晶分子中添加手性掺杂剂来获得[3]。
2.2.胆甾型液晶分子排列胆甾型液晶具有层状的分子排列结构，层与层间相互平行，其分子细长，长轴具有沿某一优先方向取向，相邻两层分子间的取向不同，一般相差15°左右，且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向) 螺旋状旋转。
这种特殊的螺旋状结构使得胆甾相晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性布拉格反射。
胆甾相液晶的光学特性_李昌立
第17卷 第3期2002年6月 液 晶 与 显 示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol .17,No .3 Jun .,2002文章编号:1007-2780(2002)03-0193-06胆甾相液晶的光学特性李昌立,孙 晶,蔡红星,翁占坤,高俊杰(长春光学精密机械学院,吉林长春 130022)摘 要:基于胆甾相液晶的特殊分子结构,综合阐述了胆甾相液晶的旋光性、选择性光散射和偏振光二色性等光学特性,揭示了它的光学特性主要源于它螺旋状的分子结构及其光学各相异性。
关键词:胆甾相液晶;选择性光散射;螺距;布喇格反射中图分类号:O753.2 文献标识码:A 收稿日期:2001-12-02;修订日期:2001-12-261 引 言胆甾相液晶同其他液晶态物质一样,既有液体的流动性、形变性、粘性,又具有晶体的光学各向异性,是一种优良的非线性光学材料[1],具有明显的热光效应、电光效应、电热光效应[2]、磁光效应[3]、压光效应[4,5]等。
较一般液晶不同的是它具有螺旋状分子取向的排列结构,因此,它除了具有普通液晶具有的光学性质外还具有它本身特有的光学特性。
2 胆甾相液晶胆甾相液晶也称螺旋状液晶,是一种在一定温度范围内呈现液晶相的胆甾醇衍生物(酯化物或卤代物)以及分子内具有不对称碳原子的高分子化合物,它具有层状的分子排列结构,层与层间相互平行,其分子细长,长轴具有沿某一优先方向取向,相邻两层分子间的取向不同,一般相差15°左右,且该优先方向取向在空间沿螺旋轴(光轴方向)螺旋状旋转。
因此,各层间的取向渐变可连成一条空间扭曲的螺旋线,该液晶整体形成螺旋结构(如图1)。
设胆甾相液晶的优先方向(指向矢)为n ,螺距为p ,由于在液晶相中,胆甾相结构沿指向矢方向呈周期性变化,且n 和-n 具有等价性,所以,其螺距周期为p 2,其典型值约为0.3μm ,远远大于分子线度,为可见光波长数量级。
液晶技术与制备Chapter 1-2
胆甾相液晶薄层在白光照射时, (i)干涉色 胆甾相液晶薄层在白光照射时,呈现如 孔雀羽毛般的美丽色彩, 孔雀羽毛般的美丽色彩,这是由于它选择反射某些波 长的光所产生的现象.至于反射那一波长,则取决于 长的光所产生的现象.至于反射那一波长, 物质、温度、入射角和反射角.一般说来, 物质、温度、入射角和反射角.一般说来,温度低时 反射红色,温度高时反射蓝色,但有时与此相反. 反射红色,温度高时反射蓝色,但有时与此相反.
又可分为近晶A相 近晶 相 近晶C相 近晶E相 又可分为近晶 相、近晶B相、近晶 相、近晶 相…...
固相→SmF →SmB →SmC →SmA →N →液相
图（一）所示为近晶相液晶的 层状结构。 层状结构。即各层中的分子有一定 的排列方向，位置则完全无序（ 的排列方向，位置则完全无序（主 要指近晶相A ），分子的长轴与 要指近晶相A和C），分子的长轴与 层面垂直或倾斜。 层面垂直或倾斜。分子在二维空间 的平面内可以滑动，但在垂直方向 的平面内可以滑动， 图(一) 近晶A相液 基本上不能超出层。 基本上不能超出层。近晶相液晶所 晶的分子排列模式 特有的显微纹理织构， 特有的显微纹理织构，也是这种分 · 。 子层所形成的， 子层所形成的，可能是由于其中一 部分分子牢牢附着于玻片表面时， 部分分子牢牢附着于玻片表面时， 以附着点为中心形成了曲面，当这 以附着点为中心形成了曲面， 种曲面在液晶内大量形成时， 种曲面在液晶内大量形成时，就产 生了二次曲面群集合的纹理织构模 图(二) 近晶C相液 式。 晶的分子排列模式
形成这样的析出物, 形成这样的析出物,可能是由于液晶粒子 本身具有各向异性所致,一旦全部成为液晶时, 本身具有各向异性所致,一旦全部成为液晶时, 棍棒状颗粒就很快融合, 棍棒状颗粒就很快融合,视野中显现出近晶相 液晶所特有的“纹理结构” 时而为多角形, 液晶所特有的“纹理结构”,时而为多角形, 时而为羽毛状. 时而为羽毛状.
选择性反射胆甾相液晶研究进展
选择性反射胆甾相液晶研究进展1. 引言1.1 胆甾相液晶的概念胆甾相液晶（cholesteric liquid crystals）是一种特殊的液晶相态，其分子排列呈现螺旋状结构。
在胆甾相液晶中，分子的排列沿着一个共同的轴线呈现螺旋结构，这种排列方式与普通液晶相不同，使得胆甾相液晶具有特殊的光学性质和物理特性。
胆甾相液晶的分子排列结构可以通过改变温度、外加电场或是其他外界条件来调控，从而实现对液晶性质的调控。
胆甾相液晶具有可逆性和响应性强的特点，使得其在光电领域、生物医学领域、光学传感领域等方面展现出广阔的应用前景。
1.2 选择性反射胆甾相液晶研究意义选择性反射胆甾相液晶是一种特殊的液晶形态，具有结构独特、性质特殊的特点。
由于其在光学、生物医学和显示领域的潜在应用价值，引起了广泛的研究兴趣。
选择性反射胆甾相液晶具有高度的选择性反射性能，可以根据不同波长的光线选择性地反射或透射，具有潜在的光学器件应用前景。
选择性反射胆甾相液晶在生物医学领域也具有重要的应用价值，可以用于制备高灵敏度、高分辨率的生物传感器或药物释放系统。
在液晶显示领域，选择性反射胆甾相液晶的高对比度、快速响应速度和低功耗特性，使其成为下一代高画质、低功耗液晶显示技术的有力竞争者。
对选择性反射胆甾相液晶的研究不仅可以拓展液晶材料的应用领域，还能为光电子学和传感器技术的发展提供新的思路和方法。
通过深入研究选择性反射胆甾相液晶的形成机制和性质特点，可以为该领域的进一步发展提供重要的理论基础和实验依据。
2. 正文2.1 选择性反射胆甾相液晶的形成机制选择性反射胆甾相液晶的形成机制是指在特定条件下，胆甾相液晶中的分子在光的作用下出现反射性质的现象。
这种反射性质的形成主要是由于液晶分子的排列结构和光的入射角度等因素相互作用所致。
胆甾相液晶是一种特殊的液晶相，其分子结构具有一定的对称性和有序性。
在液晶相中，分子通常会以一定的方式排列成特定的结构，形成有序的分子排列。
液晶材料
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液晶简介 分类与应用
材料特性
液晶简介
液晶是相态的一种， 因为其特殊的物理、 化学、光学特性，20 世纪中叶开始被广泛 应用在轻薄型的显示 技术上。 人们熟悉的物质状态 （又称相）为气、液、 固，较为生疏的是电 浆和液晶。液晶相要 具有特殊形状分子组 合始会产生，它们可 以流动，又拥有结晶 的光学性质。
分类与应用
向列相
棒状分子互相平行排列，分子易沿 流动方向取向和互相穿越。故向列 型液晶流动性较大。 向列相液晶又称丝状液晶。在应用 上,与近晶相液晶相比,向列相液晶 各个分子容易顺着长轴方向自由移 动,因而黏度小,富于流动性。向列 相液晶分子的排列和运动比较自由, 对外界作用相当敏感,因而应用广 泛。向列相液晶与胆甾相液晶可以 互相转换,在向列相液晶中加入旋 光材料,会形成胆甾相,在胆甾相液 晶中加入消旋光向列相材料,能将 胆甾相转变成向列相。
液晶特性
2.折射系数 与介电系数一样，折射系数也依照跟指向 矢垂直与平行的方向，分成两个方向的向量。 分别为n//与n⊥。 若光的行进方向与分子长轴平行时的速度， 小于垂直于分子长轴方向的速度时，意味着平 行分子长轴方向的折射率大于垂直方向的折射 率(因为折射率与光速成反比)，也就是ne-no＞ 0，所以双折射率Δn＞0，我们把它称作是光学 正型的液晶，而近晶相液晶与向列相液晶几乎 都是属于光学正型的液晶。倘使光的行进方向 平行于长轴时的速度较快的话，代表平行长轴 方向的折射率小于垂直方向的折射率，所以双 折射率Δn＜0，称作光学负型的液晶，而胆甾 相液晶多为光学负型的液晶。
分类与应用
胆甾相
扁平的长形分子靠端基相互作用 彼此平行排列为层状结构。这类 液晶有极高的旋光特性。