2010年1月7日 星期四

好熱 變色給你看! Liquid Crystals

液晶分子很容易受到環境的影響而改變整體分子的排列.不同的排列就會產生不同的光學效應. 看看液晶在熱電材料上是怎麼變色的吧!

相關學術文獻

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http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E9%9B%BB%E6%95%88%E6%87%89

熱電效應是一個由溫差產生電壓的直接轉換,且反之亦然。簡單的放置一個熱電裝置,當他們的兩端有溫差時會產生一個電壓,而當一個電壓施加於其上,他也會產生一個溫差。這個效應可以用來產生電能、測量溫度,冷卻或加熱物體。因為這個加熱或製冷的方向決定於施加的電壓,熱電裝置讓溫度控制變得非常容易。

一般來說,熱電效應這個術語包含了三個分別經定義過的效應,塞貝克效應(Seebeck effect,由Thomas Johann Seebeck發現 。)、帕爾帖效應(Peltier effect,由Jean-Charles Peltier發現。),與湯姆森效應(Thomson effect,由威廉·湯姆森發現)。在很多教科書上,熱電效應也被稱為帕爾帖-塞貝克效應(Peltier–Seebeck effect)。它同時由法國物理學家晉·查理·阿提鞍斯·帕爾帖(Jean Charles Athanase Peltier)與愛沙尼亞裔德國物理學家托馬斯·約翰·塞貝克 (Thomas Johann Seebeck)分別獨立發現。 還有一個術語叫焦耳加熱,即不論何時,熱會產生發生於一個電壓通過一個阻抗物質上,它是多少有關係的,儘管它不是一個普通的熱電效應術語(而且它通常被像一個壞掉的機器一樣對待,因為它在熱電裝置上不理想化)。帕爾帖-塞貝克效應與湯姆森效應是可逆的,但是焦耳加熱不可逆。

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http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6

液晶(Liquid Crystal,簡稱LC)是相態的一種,因為具有特殊的理化與光電特性,20世紀中葉開始被廣泛應用在輕薄型的顯示技術上。

人們熟悉的物質狀態(又稱相)為氣、液、固,較為生疏的是電漿和液晶。液晶相要具有特殊形狀分子組合始會產生,它們可以流動,又擁有結晶的光學性質。液晶的定義,現在以放寬而囊括了在某一溫度範圍可以是現液晶相,在較低溫度為正常結晶之物質。而液晶的組成物質是一種有機化合物,也就是以碳為中心所構成的化合物。 同時具有兩種物質的液晶,是以分子間力量組合的,它們的特殊光學性質,又對電磁場敏感,極有實用價值。
1922年,法國人弗里德(G. Friedel)仔細分析當時已知的液晶,把他們分為三類:向列型(nematic)、層列型(smectic)、膽固醇型(cholesteric)。名字的來源,前兩者分別取自希臘文線狀和清潔劑(肥皂);膽固醇型的名字有歷史意義,如以近代分類法,它們屬於手向列型。其實弗里德對液晶一詞不贊同,他認為「中間相」才是最合適的表達。

1970年代才發現的碟型(discotic)液晶,是具有高對稱性原狀分子重疊組成之向列型或柱行系統。除了型態分類外,液晶因產生之條件(狀況)不同而被分為熱致液晶(thermotropic LC)和溶致液晶(lypotropic LC),分別由加熱、加入溶劑形成液晶熱相致液晶相產生兩種情形。

溶致性液晶生成的例子,是肥皂水。在高濃度時,肥皂分子呈層列性,層間是水分子。濃度稍低,組合又不同。

其實一種物質可以具有多種液晶相。又有人發現,把兩種液晶混合物加熱,得到等向性液體後再冷卻,可以觀察到次第為向列型、層列型液晶。這種相變化的物質,稱為重現性液晶(recentrant LC)。 液晶分子結構。

穩定液晶相是分子間的凡得瓦力。因分子集結密度高,斥力異向性影響較大,但吸引力則是維持高密度,使集體達到液晶狀態之力量,聽力和吸引力相互制衡十分重要。又如分子有極性基團時,偶極相互作用成為重要吸引力
液晶分子的排列,後果之一是呈現有選擇性的光散射。因排列可以受外力影響,液晶材料製造器件潛力很大。範圍於兩片玻璃板之間的手性向列型液晶,經過一定手續處理,就可形成不同的紋理。

類固醇型液晶,因螺旋結構而對光有選擇性反射,利用白光中的圓偏光,最簡單的是根據變色原理製成的溫度計(魚缸中常看到的溫度計)。在醫療上,皮膚癌和乳癌之偵測也可在可疑部位塗上類固醇液晶,然後與正常皮膚顯色比對(因為癌細胞代謝速度比一般細胞快,所以溫度會比一般細胞高些)。

電場與磁場對液晶有巨大的影響力,向列型液晶相的介電性行為是各類光電應用的基礎(用液晶材料製造以外加電場操作之顯示器,在 1970年代以後發展很快。因為它們有小容積、微量耗電、低操作電壓、易設計多色面版等多項優點。不過因為它們不是發光型顯示器,在暗處的清晰度、視角和環境溫度限制,都不理想。無論如何,電視和電腦的螢幕以液晶材質製造,十分有利。大型螢幕在以往受制於高電壓的需求,變壓器的體積與重量不可言喻。其實,彩色投影電視系統,亦可利用手性向列型液晶去製造如偏光面版、濾片、光電調整器。

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