理论教育 液晶:软而晶莹的奇特物质

液晶:软而晶莹的奇特物质

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:混浊的液体非常软,不像晶体却是晶体,它介于液体和晶体之间,这才有了“液晶”这个词。现在我们已经知道,液晶普遍存在于生物体内,细胞膜就是一种液晶。晶体的外形往往是一些几何多面体,食盐、冰雪、陶瓷都是晶体,而液晶的分子排列更有特色。原来液晶在受热的时候,首先是分子的位置有序受破坏,而方向有序无变化,这就成了液晶态。

液晶:软而晶莹的奇特物质

“液晶”这个词你应该不陌生。也许是看电视的时候,也许是使用数字电子表的时候,也许在按电子计算器的时候,那些显示出来的数目字——一闪一闪的黑色数字,就在提示你:

我们就是液晶。

用液晶来显示数字,开始于20世纪60年代,而发现液晶的时间却是100多年前的1853年。那一年,病理学家鲁道夫用显微镜观察神经细胞的时候,发现了一种有机物:髓磷脂,当时,他并不知道这就是液晶。

几年以后,人们用有机酸制造出一种新物质,才发现这种物质的特点。本来,这是一种白色晶体,通过加热,温度达到145.5℃的时候变成为混浊的液体,在178.5℃的时候,混浊的液体突然变得清澈起来。

这是违背常识的现象。按照常识,固体达到它的熔点的时候,就会熔为液体,就像铁会熔化成铁水。而这种新物质却有两个熔点,在145.5℃的时候熔化为“混浊的液体”,到了第二熔点178.5℃才成为清澈的液体。混浊的液体非常软,不像晶体却是晶体,它介于液体和晶体之间,这才有了“液晶”这个词。

这一发现改变了人们对物质的认识,原来在固体、液体、气体这三种形态以外还存在着第四态——液晶。

这一发现并没有马上得到利用,因为它留下了一些“不知道”,不知道液晶是怎么形成的,也不知道它有什么用,这些“不知道”,从19世纪到20世纪才初步得到了解决。

现在我们已经知道,液晶普遍存在于生物体内,细胞膜就是一种液晶。

现在我们已经知道液晶内部的结构。晶体,同时也是固体,食盐是晶体,也是固体。固体内部的分子排列各有不同,如果排列得乱七八糟,毫无规则,那是一般的固体。如果分子排列有规则,形成一定形状,就成了晶体。晶体的外形往往是一些几何多面体,食盐、冰雪、陶瓷都是晶体,而液晶的分子排列更有特色。

在液晶内部,分子的形状与一般的分子不同,不是球状,而是棒状,好比一大把牙签装在盒子里,分子之间的位置是有秩序的,方向也是有序的,成百万个分子聚集在一起,顺着同一方向排列。知道了分子排列的特点,认识液晶也就有点眉目了。原来液晶在受热的时候,首先是分子的位置有序受破坏,而方向有序无变化,这就成了液晶态。如果进一步加热,位置有序和方向有序都受到破坏,分子之间大混乱,这就成了液态。(www.daowen.com)

深入地研究,还发现液晶有许多不一般的特性,这些特性往往违背常识,给人一个新奇和惊讶。当一束光射入它里面,就分裂成两束光,一束折射,另一束形成偏振光。液晶对电场也很敏感,原来是透明的,加上电场会变得不透明;反过来也是一样,原来是不透明的,加上电场,又变得透明起来。

液晶的性质和特点,逐渐被人们认识和掌握,就开始考虑到如何利用它。就好像盖房子,打好基础,才能一层楼二层楼地盖起来。应用液晶来显示数字只不过是小试锋芒,既然可以显示数字,那么就应该能显示文字和图像,而且不应该只有黑白两色,还要加上彩色。

于是,人们在日常生活中更多地看到了液晶的身影,寻呼机上的“汉显”,显示出了汉字。电视机也多了一个新品种:液晶电视机,不仅有黑白的,还有彩色的。由最先走上市场的袖珍彩色电视机,到大屏幕的液晶电视,它们与传统的电视机相比,更有自己的特色:屏幕很薄,重量很轻,体积很小,再加工作电压很低,只需要几伏,而不是几万伏。于是,液晶电视不必摆在台子上,可以挂在墙上,看电视好像看画似的。

液晶的新用场日益广阔,能利用它来诊断疾病。由于液晶对光、热、磁都十分敏感,人体的体温,哪怕只升高十分之一摄氏度,也能灵敏地反映出来。液晶还能用来探测机器的损伤,它比现有的探测仪更准。更有趣的是,还制出了液晶塑料,用来制造防弹背心、防弹汽车,那才是刀枪不入。

液晶的潜在用途无法列举出来。回顾1853年,鲁道夫发现液晶的那一年,做梦也想不到100多年后会用来显示数字,制作电视机。在他的发现以后,过了30年,才开始对液晶做一些探索性研究,直到20世纪50年代末,才建立了一些理论,才得到开发性的应用。

液晶的应用已扩展开来,不过,不能过分兴奋,这只是一个开头,好戏还在后头。人们对液晶的了解尚未深入,甚至是肤浅的。人们掌握的液晶,种类还不够多,还有许多我们不熟悉、不认识的液晶。

人的身体里就有液晶,除了神经细胞外,在大脑、眼睛的视网膜肌肉、肾上腺皮质、卵巢里都能找到液晶。各种生物体内也都有液晶。生物液晶,它离开生物体以后,很快也会“死”去,这些我们研究得太少,我们不知道的太多。

现在的液晶,都是由有机物组成,能不能用无机物来制造液晶呢?能用无机物来造液晶的话,应用将更为广泛。

人类对固体、液体、气体的研究已经比较充分,知道得很多,而对液晶——物质的第四态的研究只不过刚刚起步,不知道的比知道的多,研究和开发的天地也更诱人。

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