2024年液晶物性实验结果汇总.pdf

液晶物性

【摘要】本试验重要观测了液晶盒的旋光现象、双折射现象、衍射现象和电光效应。先在不

加电压的状况下，观测液晶盒的旋光性和双折射现象。在对液晶盒加电压观测响应时间和响

应曲线，最终观测液晶盒的衍射现象并计算光栅常数。通过对液晶这些现象的观测，理解液晶

在电场作用下的变化，及液晶盒的性质。

关键词：液晶、双折射、旋光性、电光效应、衍射

一、引言

1888年，奥地利布拉格德国大学的植物生理学家莱尼茨尔在测定有机化合物熔点时，观

测到胆甾醇苯酸酯(简称CB)在热熔时的特殊性质。它在145.5℃(熔点)时熔化成浑浊

的液体，温度升到178.5℃(清亮点)后，浑浊的液体会忽然变成各向同性的清亮的液体。

在熔点和清亮点之间的温度范围内，CB处在不同样于各向同性液体的中介相。莱尼茨尔将这

一现象告诉德国物理学家莱曼。通过系统研究，莱曼发现物质在中介相具有强烈的各向异性

物理特性，同步又具有一般流体那样的流动性。因此这种中介相被称为液晶相，可以出现液

晶相的物质被称为液晶。本试验重要观测了液晶盒的旋光现象、双折射现象、衍射现象和电

光效应。先在不加电压的状况下，观测液晶盒的旋光性和双折射现象。

二、试验原理

1.液晶形态与构成构造

液晶态不是所有物质都具有的，只有分子量较大、分子成杆状(轴宽比在4:1～8:1)的物

质比较轻易具有液晶态。液晶可根据分子排列的平移和取向分为三大类：近晶相、向列相、

胆甾相。

(a)近品相(b)向列相(c)胆留和

图1液晶分子的三种不同样排列方式

2.液晶的介电各向异性

液晶的各向异性是决定液晶分子在电场中行为的重要参数。若用E、E_分别体现液晶

平行、垂直于分子取向的介电常数，介电各向异性可用△E=E-E?体现，AE可正可负，

△ε0称正性液晶，△ε0称负性液晶。在外电场作用下，正性液晶沿场方向排列，负性

液晶垂直于场方向排列。

电场对液晶分子的取向作用由极化各向异性决定。液晶分子没有固定的电极矩，但可以

被外电场极化。由于各向异性，分子的极化率不同样，分别用α,和α_体现。当一种任意取

向的分子被外电场极化时，由于和α,和α?的区别，导致分子感生电极矩的方向与外电场方向

不同样，从而使分子发生转动。

ML

n)

6

E

β

k

M,

图2电场对液晶分子的取向

图2中，E为外电场，ξ为分子的长轴方向，两者夹角为β。把E分解成沿与方向和与ξ

垂直的η方向的两个分量E,、E?,则这两个方向上的感生电极矩分别为

{P=aE=,

(公式1)

电厂E作用在P,和P上的力矩M。和M_在方向上是相反的，按图示情形，M使分子

逆时针转动，M_使分子顺时针转动，它们的大小分别为

(公式2)

当αα?,电场使液晶分子的长轴趋于电场方向排列；当αμa,电场使液晶分子

的长轴趋于垂直电场方向排列。

3.液晶的光学各向异性

由于液晶分子构造的各向异性，光在液晶中传播会发生双折射现象，产生寻常光(o光)

和非寻常光(e光),体现出光学各向异性。

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