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科学史-物理学编年史-89莱尼茨尔发现液晶

已有 811 次阅读 2023-1-12 14:02 |个人分类:科学史-物理学编年史|系统分类:科研笔记

科学史-物理学编年史-89莱尼茨尔发现液晶

时间:公元1888年。

1888年的一天,莱尼茨尔正在做胆甾醇苯甲酸酯性质的实验。他偶然发现,胆甾醇苯甲酸酯晶体在加热过程中,当温度升到145.5℃时会熔化成黏稠的混浊液体;随着温度的上升,还会出现奇异的色彩变化;当升到178.5℃时,它才会变成澄清透明的液体。

科学家的一个重要素质就是善于抓住偶然现象加以深入的研究,从中发现事物规律性的变化。莱尼茨尔就是这样一位科学家。他想:胆甾醇苯甲酸酯为什么不像许多晶体那样,直接熔化成澄清透明的液体呢?他决心进一步揭开这个秘密。

通过一系列精心设计的实验,莱尼茨尔发现,当温度在145.5178.5℃之间时,胆甾醇苯甲酸酯看上去是液态的,它可以流动,也具有液体特有的表面张力,但它又像晶体那样,在不同方向上有不同的物理性质。而且,在这一温度范围内,它还会在不同的温度下呈现不同的颜色。当莱尼茨尔向他的助手和学生讲述他的这一发现时,大家都听得津津有味,他们决定扩大实验范围,看看还有没有其他物质也具有这种奇妙的性质。

很快,莱尼茨尔和他的助手们就发现,除了胆甾醇苯甲酸酯,还有一些物质也具有这种既像晶体又像液体的“两栖”性质。莱尼茨尔把这一发现告诉了德国物理学家莱曼,希望他能从理论上解释这一奇怪的现象。

莱曼并没有急着动手做实验,他首先查阅了有关资料。他获悉,在莱尼茨尔以前,也有人观察到类似的情况,不过都没有见到莱尼茨尔描述的颜色变化。分析了这些人的实验记录以后,莱曼认为,关键在于样品的纯度。于是,他首先精心提纯样品,果然纯净的胆甾醇苯甲酸酯熔融液在冷却过程中,从178.5℃开始由澄清变浑浊,由稀薄变黏稠,由无色变有色,首先是青蓝色,接着依次变成淡绿色、深绿色、黄绿色、黄色、橙红色、橙色,最后变成艳红色。当温度下降到145.5℃以后,它便凝固越来越大成无色晶体。

莱曼通过在偏振光高倍显微镜下的观察,终于找到了它变色的奥秘。原来,在这段温度范围内,胆甾醇苯甲酸酯中会出现双折射现象。也就是说,它会把射进去的一束光分裂成两束,沿着不同的方向折射,从而形成两个影像。莱曼指出,正是这个原因,它才会有“各向异性”这种晶体常有的性质,才会在不同的温度下产生不同的颜色。针对胆甾醇苯甲酸酯这类物质的特点,莱曼为它们起名叫“液晶”——既像液体又像晶体。莱曼的论文发表以后,轰动了德国和奥地利的科学界,人们送来各种物质,请莱曼鉴别它们是否属于液晶。为了快速检验的需要,莱曼发明了带加热器的偏振光显微镜,即液晶检测仪。在使用时,他把样品夹在载玻片和盖玻片中间,形成一个薄层,先加热熔化成液态,然后边冷却边观察,这样就可以很快得出结论了。

1980年初,主要应用于手表、时钟等一般家电用品的数字显示的TN-LCD制品大量出现在生活中,到1986年液晶技术提升,STN型液晶显示器朝被广泛应用在信息处理机、笔记本电脑等用品,LCD首次进军计算机显示领域,可以说液晶技术并不新鲜。但是直到2001年以前,LCD的应用还主要局限于高端商用或者一些专业领域,距离我们真正的DIY市场还有很大距离。

1968年,在美国RCA公司(发明收音机与电视的公司)的沙诺夫研发中心,工程师们发现液晶分子会受到电压的影响而改变其分子的排列状态,并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此原理,RCA公司发明了世界上第一台使用液晶的显示屏。

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