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2025-11-28 01:27:18
液晶材料的分类、应用及其发展状况摘要介绍了液晶材料的种类及其分类性能，论述了液晶材料的应用和发展情况。关键词液晶材料;介晶相;应用液晶的简介和分类液晶是一些化合物所具有的介于固态晶体的三维有序和无规液态之间的一种中间相态，又称作介晶相，是一种取向有序流体，既具有液体的易流动性，又有晶体的双折射等各向异性的特征。1888年奥地利植物学家Reinitzer首次发现液晶，但直到1941年Kargin提出液晶态是聚合物体系的一种普遍存在状态，人们才开始了对高分子液晶的研究。近二十多年来液晶材料获得迅速的发展，这是因为液晶材料的光电效应被发现，因此被广泛地应用在需低电压和轻薄短小的显示组件上，因此它一跃成为一热门的科学研究及应用的主题，目前已被广泛使用于电子表、电子计算器和计算机显示屏幕上，液晶逐渐成为显示工业上不可或缺的重要材料，液晶高分子的大规模研究工作起步更晚，但目前已发展为液晶领域中举足轻重的部分。如果说小分子液晶是有机化学和电子学之间的边缘科学，那么液晶高分子则牵涉到高分子科学、材料科学、生物工程等多门科学，而且在高分子材料、生命科学等方面都得到了大量应用。1溶致型液晶有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间内会产生液晶，这类液晶我们叫它溶致液晶。如可以利用溶致型液晶聚合物的液晶相的高浓度低黏度特性进行液晶纺丝制备强度高模量的纤维。溶致型液晶材料广泛存在于自然界、生物体中，与生命息息相关，但在显示中尚无应用。2热致型液晶热致型液晶分子会随温度上升而伴随一连串相转移，即由固体变成液晶状态，最后变成等向性液体，在这些相变化的过程中液晶分子的物理性质都会随之变化，如折射率、介电异向性、弹性系数和粘度等。在热致型液晶中，又根据液晶分子排列结构分为三大类：近晶相、向列相和胆甾相。1近晶型液晶近晶相除有沿分子长轴的取向有序外，有一个沿某一方向的平移有序，近晶型液晶在所有液晶聚合态结构中最接近固体晶体，通常含有C=N或者N=N键及苯环结构，分子是厂棒状。目前各近晶相中的手性近晶C相，即铁电相引起人们广泛兴趣。铁电液晶具备向列相液晶所不具备的高速度（微秒级）和记忆性的优异特征，它们在最近几年得到大量研究。2向列型液晶向列相仅有沿分子长轴的取向有序，液晶分子呈棒状形刚性部分平行排列，该种液晶分子运动自由度大，是流动性最好的液晶，此类型液晶的粘度小，应答速度快，是最早被应用的液晶，普遍地使用于液晶电视、笔记本电脑以及各类型显示元件上。3胆甾型液晶这类液晶大都是胆甾醇的衍生物，胆甾醇本身无液晶性质，而它的衍生物均具有液晶特性，次类型液晶是由多层相列型液晶堆积所形成，为向列相液晶的一种，也可以称为旋光性的向列相液晶，因分子具有非对称碳中心，所以分子的排列呈螺旋平面状的排列，面和面之间为相互平行，而分子在各平面上为向列相。液晶的应用及发展状况1液晶材料在显示器的应用回顾液晶的发展史可以发现，尽管液晶早在19世纪60年代已经被发现，然而在相当长一段时间里，虽然液晶的许多有价值的现象早被揭露，但液晶始终只是实验室中的珍品而已。只有当液晶被用于显示器开始，它的研究才有了前所未有的动力。在这最近的几十年时间里液晶显示器有了长足的进步，目前液晶显示器已是整个领域中的佼佼者，只要稍加留意，不难发现市场上用液晶显示器的仪器仪表、计算器、计算机、彩色电视机等不仅品种越来越多，而且显示品质亦越来越高，价格越来越便宜。目前，各种形态的液晶材料基本上都用于开发液晶显示器，现在已开发出的各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双（多）稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等。而在液晶显示中，开发最成功、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。按照液晶显示模式，常见向列相显示就有T N（扭曲向列相）模式，H T N（高扭曲向列相）模式、S T N（超扭曲向列相）模式、T F T（薄膜晶体管）模式等。其中TFT模式是近10年发展最快的显示模式。
爱因斯坦的广义相对论预言：引力波的主要性质有：在真空中以光速传播；携带能量和与波源有关的信息；是横波，在远源处为平面波；最低次为四极辐射；辐射强度极弱；物质对引力波吸收效率极低，引力波穿透性极强，地球对引力波几乎是透明的；其偏振特性为两个独立的偏振态等。引力波是波动形式和有限速度传播的引力场。爱因斯坦虽然在1916年曾预言加速的质量可能有引力波存在，但他提出的引力波与坐标的选取有关，在某一个参考系看来，引力波可能有能量，而换一个参考系可能就没有。因此在提出引力波存在的初期，包括爱因斯坦本人在内的大多数人对引力波都持怀疑态度。1956年，皮拉尼提出一个与坐标系选取无关的引力波定义；1957年，邦迪进而从理论上证明与坐标系选取无关的平面引力波的存在。1959年，邦迪、皮拉尼和罗宾森更进一步证明，静止物体在引力波脉冲作用下会产生运动，于是间接地证明引力波携带能量，并可被探测到。由于引力辐射极其微弱，目前还不能在实验室里发射可供探测的引力波，而大质量天体的激烈运动，比如双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。多年来，各国科学家都在致力于探测引力波，美国马里兰大学的科学家韦伯首创用一根铝棒作为天线进行探测，并声称探测到了不能排除是引力波的信号，但其他科学家都没有得到这一结果，韦伯的结论没有得到公认。现在对引力波的研究方兴未艾，反引力或称反重力研究又提上了日程，这项研究可能获得的成果或许将彻底实现人类实现恒星际航行的梦想，科学家值得为这项研究投入毕生的精力和才华。中国科学家在这方面已经做了有价值的实验和研究。自从英国科幻小说作者威尔斯描述了“反重力”（能够屏蔽重力影响，使宇宙飞船飞向月球）后，反重力已经成为人类一个多世纪的梦想。如果反重力是确实存在的，它必将改变整个世界。汽车、火车、轮船，所有你能想到的交通系统，都能通过从引力场中获取的能量驱动。这一会改变世界科学界和航空航天界禁忌的反重力研究，目前再次受到人们的关注，因为有消息说世界上最大的飞机制造商波音公司正在探索一些新概念，这些新概念可能在将来某一天彻底改变一个世纪来的推进技术。波音公司进行的反重力研究概括起来就是该公司一个名为“先进空间推进技术重力研究（Grasp）”的项目。《简氏防务周刊》获得的一份有关文件阐述了波音公司认为该项目获得成功的重大意义。文件中写道：“如果反重力是确实存在的，它必将改变整个航空航天事业。”这种评价可能还不够。如果反重力是确实存在的，它必将改变整个世界。汽车、火车、轮船，所有你能想到的交通系统，都能通过“无推进剂推进”———一种从重力场中获取能量的模式来驱动。尽管，反重力是人们一个美好的梦想，但是传统科学长期认为，反重力是不可能的。1992年4月，已故的英国索尔福德大学教授、当时担任英国航天防御系统战略项目负责人的布赖恩·扬在伦敦机械工程师学会发表演讲，他在演讲中解释了为什么进行反重力研究与航空航天业乃至世界都有关。“Grasp”简报说明了波音公司为什么必须雇佣俄罗斯材料专家叶夫根尼·波德克列特诺夫的原因。波德克列特诺夫声称发明了可以屏蔽重力影响的装置。1992年，任职于芬兰坦佩雷技术大学的波德克列特诺夫向一家英国物理学杂志提交了一篇论文，他描述了被置于高速旋转的超导体（极低温度时失去电阻）上面的一个物体如何失去将近2％的重量。这篇论文泄漏给了一家报纸。一来因为它涉及禁忌的“反重力”概念，二来因为它在主流物理界掀起了轩然大波，波德克列特诺夫被学校开除了。但这位俄罗斯人的研究吸引了美国国家航空航天局的注意，该局早已同亨茨维尔亚拉巴马大学的一位研究员有联系，这位研究员宣称她能制造出一种类重力场，能够利用高速旋转超导体排斥或吸引物体。在20世纪90年代中期，位于亚拉巴马州的美国国家航空航天局马歇尔航天中心在重复波德克列特诺夫的实验时失败了。但是，该中心承认，不知道这位俄罗斯人制作超导盘的独特方法，它在很大程度上是在盲目地进行研究。几年前，美国国家航空航天局向俄亥俄州哥伦布超导元件公司支付60万美元，制造波德克列特诺夫曾使用过的装置，并且聘请了这位俄罗斯人做顾问。这项实验虽然被延期了，但该项实验的负责人罗恩·科措尔自信实验可以完成。现任职于莫斯科化学研究中心的波德克列特诺夫，进一步发展了自己的思想。他同意大利科学家乔瓦尼·莫达内塞联合发表了一篇论文，详细介绍了一种“冲量重力发生器”的研究工作，它能对所有物体产生一种斥力。该设备使用一个强放电源“发射器”和一个超导“发射器”，制造出了一种“重力冲量”。波德克列特诺夫说：“时间很短，沿着放电的线路以极快的速度（实际上是瞬时）进行传播，经过许多不同物体，没有任何显著的能量损失。”他说，实验结果是对光束击中的任何物体都产生了推力作用，大小同物体质量成正比。波德克列特诺夫在调整一个激光瞄准装置时说，他的实验装置已经显示有能力击倒1公里外的物体，他声称，这一装置用同样的能量可以击倒200公里外的物体。正是波德克列特诺夫的“冲量重力发生器”的研究工作引起了波音公司的注意。在那份“Grasp”简报中，波音公司描述了该装置发出的光束如何不受任何电磁屏蔽影响，可以穿透任何物体而达到目标
假设有一个光源S1，在S1前放置一块屏幕，从S1发出的光（光子）会将整个屏幕均匀的照亮。我们知道，屏幕的亮度是与落在屏幕上面的光子数的多少有关的。严格地说，屏幕的亮度是以垂直于屏幕的光线与屏幕的交点为中心向四周逐渐变暗的。但这种变化决不是几率问题。证明如下：把S1放在一个半径为R1的球的中心，假设S1在单位时间里发射出N个光子，则单位球面积上所接受的光子数等于光子数N除以球的总面积4πR12，如果把球的半径由R1变为R2（R2＞R1），则在单位球面积上所接受的光子数就变为N除以4πR22，由于R2大于R1，所以半径为R1的球在单位球面积上接受的光子数大于R2球单位面积上的光子数。这就是为什么屏幕上的亮度是由明到暗逐渐变化的原因。当屏幕距光源的距离很大且屏幕的面积又很小时，就可以近似的认为屏幕上的光子是均匀分布的。现在把另一个相干光源S2放在靠近S1的地方，情况有了变化。在垂直两个光源的平面上出现了明暗相间的圆环，而在平行两个光源的平面上，则出现了明暗相间的条纹见图一，这就是人们所说的光的干涉条纹。因为干涉现象是波动的最主要特征，所以这也就成了光具有波动性的最有力证据之一。我们知道机械波是振动在媒质中的传播，当有两列相干波源存在时，媒质中任意一点的振动是两列波各自到达这一点时波的叠加。当到达这一点的两列波的相位相同时，则在这一点上的振幅最大，如果两列波的相位相差1800时，则振动的振幅相互抵消，这样就形成了有规则的干涉条纹。经典光学正是套用机械波的方法证明光的干涉条纹的，而传播光的媒质以太已被证明是根本不存在的，这样用机械波的方法证明光的干涉条纹也就显得比较牵强。量子力学在解释干涉条纹时则采用的是几率波的方法，认为亮的地方是光子出现几率多的地方，暗的地方则是光子出现几率少的地方。问题是当只有一个光源时，光子是均匀分布在屏幕上的，而当存在另一个相干光源时，按照量子理论光子就会集中出现在一些地方而不去另一些地方，几率的解释是不能使人心悦诚服地接受的。爱因斯坦曾用上帝不掷骰子来表达他对用几率描述单个粒子行为的厌恶。这就是目前对于光的干涉现象的两种正统解释方法。我们对于光本性的认识是否还存在其它我们没有考虑到的因素，是否还存在其它的证明方法来统一光的波粒二象性即用一种理论解释来解释波动性和粒子性呢？为了找到这种新的理论，在此我们不得不在现有光量子理论基础上进行一些必要的修正即单个光量子的能量是变化的，光子的能量和质量是相互转化的，转化的频率就是光的频率。频率快光子的能量大质量小，相反，频率慢则光子的能量小质量大，这样光子在空间所走的路程就形成了一条类波的轨迹。在论证光的干涉现象之前，我们先对光源进行定义。单频率点光源---频率单一且所有光子在离开光源时的状态（相位）都相同。单频率点光源具有这样两个特点，其一在距光源某一点的空间位置上，光子的状态不随时间变化。其二光子的状态随距点光源的距离作周期变化。光的波长指的是光子在一个周期的时间内在空间运行的距离。我们在x轴上设置两个点光源S1和S2，如图一所示。令P为垂直平面上的一点，从P点到S1和S2的光程差PS1-PS2为波长的某个正数倍ml （m=±1，2，3，…）。从S1和S2出发的两列光子，将同相地达到P点，状态相同。再令Q为垂直平面上的另一点，从Q到S1和S2的光程差也为ml。过P和Q点做一条曲线，使得这曲线上所有过XO的垂直平面内的点的轨迹都具有这样的性质，即这条曲线上任意一点到S1和S2的距离之差为常数，根据解析几何我们知道，这曲线是一条双曲线。如果我们设想这一双曲线以直线XO为轴旋转，则它将扫出一个曲面，叫做双曲面。我们看到，在这曲面上的任意一点，来自S1和S2的光子始终都是同相位的（相位差保持不变），光子在曲面上的每一点的状态是一定的，沿曲面上的点的状态是周期变化的。由于光的波长很短，光子沿曲面的这种周期变化是不容易被观测到。同理，我们令T为垂直平面上的另一点（图中未画出），从T点到S1和S2的光程差TS1-TS2为波长的l/2×（2m+1）倍（m=±1，2，3，…）。从S1和S2出发的两列光子，将以1800的相位差达到T点。再令V为垂直平面上的另一点（图中未画出），从V到S1和S2的光程差也为道长l/2×（2m+1）倍。过T和V做一条曲线使这曲线上任一点到两定点S1和S2的距离之差为常数，这曲线也是一条双曲线，以XO为轴旋转同样将扫出一双曲面。所不同的是来自S1和S2的光子到达这曲面上的任意一点的相位差始终为1800，叠加后的最终状态是一个恒定的值。图一是在S1到S2的距离为3l，P点的光程差为PS1-PS2=2l（m=2）这一简单情况下画出的。m=1的那条双曲线是垂直平面内光程差为l的那些点的轨迹。光程差为零（m=0）的各点的轨迹是过S1S2中点的一条直线。由它绕XO旋转而成的将是一个平面。图中还画出m= -1和m= -2的双曲线。在这种情况下，这五条曲线绕XO旋转而产生五个曲面，这五个曲面将S1和S2两光源所形成的能量场分成了6个左右对称的无限延伸的能量空间。屏幕上亮线将出现在屏幕与诸双曲面相交的那些曲线的任何所在位置上。 如果两点光源间的距离是许多个波长，则将存在许多曲面，在这些曲面上各光子相互加强。因而在平行于两光源连线的屏幕上，将形成许多明暗相间的双曲线（几乎是直线）干涉条纹。而在垂直于两光源连线的屏幕上将形成许多明暗相间的圆形干涉条纹。两条相邻的明条纹之间的关系是光程差相差一个l，暗条纹与相邻明条纹之间相差l/2。干涉条纹从明到暗再到明之间的相位变化是从同相到相差1800相位再到同相。为了检验以上的设想是否正确，这里我结合光的干涉实验和光电效应实验设计了一个简单实验。第一步用光干涉仪产生明暗相间的干涉条纹。第二步将光电管依次放在从明到暗条纹的不同位置上，当然采用的单色光源频率要在临阈频率之上，观察产生光电子动能的大小。如果按照现有光量子理论，光电子的动能应该是不变的，原因是光子的能量只与光的频率有关而与光的亮度无关，干涉后光的频率并没有变化，所以在从明到暗的条纹上，测得的光电子的动能应该是不变的。再从量子理论的观点来分析，明亮的地方光子出现的几率大，暗的地方光子出现的几率小，明暗只是单位面积上光子数不同而已，光子的动能并没有改变，所以结论也是光电子的动能不变。而我的结论则是在从明到暗的干涉条纹上光子数是一样的，产生的光电子的动能是从大到小连续变化的。如果实验的结果与我所做的推论一致，我们不妨把这一结论推广到一切实物粒子，因为实物粒子也具有波粒二象性，即一切实物粒子自身的能量与质量之间始终处在不停地相互变化中，这也正是量子力学波函数所要描述的微观世界粒子的客观实在图像。
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