既是液体又是晶体

既是液体又是晶体

你知道，电子手表、电子计算器或者笔记本电脑的显示屏上的数字是用什么方法显示出来的吗?

原来，在电子表和计算器的表盘上或笔记本电脑的显示屏上使用了一种具有特殊性质的材料，它叫做液晶。世界上的材料，一般呈固态、液态或气态，还有一类材料却同时具有固态和液态的性质，这就是现已获得广泛应用的液晶。要说液晶，还要从19世纪末讲起，它是奥地利植物学家莱尼茨尔的发现。

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145.5～178.5℃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，它便凝固成无色晶体。

色彩多变的液晶在生活中发挥的作用越来越大

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。对于液晶，莱曼埋头研究了20年，最后他写成了一本叫《液晶》的专门著作，记录了液晶的种种性质和为数众多的液晶类物质。在莱曼之后，法国化学家沃兰德和弗里德耳也先后投身于液晶的研究。他们制成了数百种液晶化合物，并把液晶加以科学的分类，为液晶的研究作出了很大的贡献。令人遗憾的是，莱曼、沃兰德和弗里德耳都仅仅研究了液晶的性质，而没有注意开发它的应用，以至于液晶长期被“禁锢”在实验室里，无用武之地。1962年，苏联科学家卡普斯廷和美国化学家海尔迈斯相继发现，对液晶施加一个电压，液晶就会变得混浊不透明;而电压一旦消失，它又会恢复透明的状态。1966的年，美国赫尔大学的格雷教授制成了一批性能稳定的液晶化合物。从此，液晶的应用开始从设想走向现实。1972年，美国微电子公司率先宣布，他们发明了一种没有发条、没有游丝、没有机械装置的电子手表，它上面有一小块长方形的屏幕，时间会以数字形式显示在上面。它，就是用液晶作为显示器的手表，里面有电子电路控制着显示屏上的各个小区域，通过电压变化让液晶变暗或变亮，组成闪烁的数字信号。

“一石激起千层浪”，液晶电子表问世以后，世界各国纷纷开发出用液晶作为显示器的各种产品，如电子钟、电子秤、电子广告牌、电子绘图机、电子学习机、电子文字处理机、电子计算器，甚至液晶电视，蜂拥而出，让人目不暇接。

自从液晶获得应用后，科学家又在设法开发液晶温度计。我们已经知道，胆甾醇苯甲酸酯在一定的温度范围内会发生颜色变化。科学家根据这一性质，研制了多种在某些温度范围内变色的胆甾型液晶化合物，然后按比例调配出来，形成在不同的温度会呈现不同颜色的各种液晶印刷油墨，再把它印在透明的胶片上，并在相应的位置标上相应的温度值。因此，这种温度计看上去是一条薄膜。使用的时候，把这种液晶温度计贴在需要测量温度的地方，如机器上，或者皮肤上，这样温度就一目了然了。液晶温度计的优点很多:它测温范围广(从零下20℃至零上250℃)。精度高(精确到0.1℃)、色彩鲜艳易判断;而且价格低廉，操作简单，可以连续监测而无任何副作用。

液晶诊断仪是液晶应用的又一杰作。有些胆甾型液晶化合物对热、光、电、磁的变化十分敏感，稍有变化就会改变颜色或明暗度。美国有名的肿瘤专家塞劳里教授，采用液晶诊断仪与红外线摄影机配合使用，发现凡是肿瘤患者都会在身体特定的部位皮肤上，出现微小的温度变化。所以，只要用这些仪器检查这些地方的皮肤，就可作出诊断了。现在，医学家还在研究使用液晶诊断仪，结合中国医学经络理论检查穴位温度，这样可以更迅速更准确地查明疾病所在的部位。

在1988年奥地利奥欧大学举办的液晶发现100年纪念大会上，一件“刀枪不入”的液晶防弹马甲引来了无数赞叹声。大约40年前，好几位化学家预言，高分子化合物(塑料、橡胶、纤维等)可以呈现出液晶状态。1960年，以德国海因茨大学的林斯多夫教授为首的研究组，用浓硫酸削弱尼龙分子之间的作用力，使它能流动起来成为液晶状态，从而一举发明了液晶尼龙。

液晶尼龙既有尼龙的韧性，又有固体的刚性，比钢丝还要坚韧，做成防弹马甲、防弹汽车保护层、飞机机翼等，自然是不在话下。