神通廣大的液晶

液晶問世較早。1888年，奧地利科學家F.•賴尼策爾就發(fā)現(xiàn)了這種奇特的物質(zhì)。

　　說它奇特，是因為它不像普通物質(zhì)直接由固態(tài)晶體熔化成液體，而是經(jīng)過一個既像晶體又似液體的中間狀態(tài)，同時它還具有液體和晶體的某些性質(zhì)，所以人們給它起了個形象的名字——液晶。

　　液晶的最大特點是：既具有液體的流動性，又具有晶體的各向異性。當液晶的溫度上升到一定值后，它就成為普通的透明液體，可以自由流動；而當溫度降低到液晶的下限溫度后，液晶又變?yōu)槠胀ň�體，失去流動性。在這一轉(zhuǎn)變過程中，有時還伴隨著顏色和色調(diào)的變化，這就給液晶顯露才華提供了舞臺。

　　液晶問世后，由于當時科學技術(shù)水平的限制，這種材料并未受到應(yīng)有的重視。直到20世紀60年代，它才有了用武之地，開始在電子表和計算器等許多方面大顯身手。

　　1968年，人們發(fā)現(xiàn)液晶對光、磁、電、溫度等都非常敏感．即使這些外界作用因素很微弱，也能使液晶發(fā)生相應(yīng)的變化，如光控開關(guān)效應(yīng)就是它對電敏感所產(chǎn)生的變化結(jié)果，現(xiàn)在已廣泛用于電子表、計算器和儀表等的顯示裝置上。

　　光控開關(guān)效應(yīng)，是指液晶具有像電門開關(guān)那樣能控制光線從自身通過的本領(lǐng)。如果將液晶夾在兩個透明電極板之間，并在電極板下面放有用燈光照射的數(shù)字表格。當在透明電極板上接通電路時，電極板下面的一部分光便不能通過，原來有數(shù)字部分就會變黑，數(shù)字就看不見了；若取掉電壓，電極板下面的數(shù)字又會顯示出來。這也就是電子計算器能顯示數(shù)字的秘密所在。

　　液晶為什么能控制光線通過呢?原來，液晶的分子沿一定方向有秩序地排列著，當有電壓作用時，就會改變排列方向，引起光線傳播方向的改變，阻擋了光線的通過。人們利用液晶的這種特長，制成了各種數(shù)字和圖像的顯示裝置．

　　液晶的顯示本領(lǐng)主要用于電子器件的顯示上，如電子表、計算器、電視機監(jiān)控盤、汽車儀表盤的液晶顯示器、打印裝置的液晶快門和溫度計的液晶傳感器。這種電光液晶顯示器是由貼有透明電極的兩片玻璃基板，中間填充液晶組成的。液晶只要受少量的電能的激發(fā)，就會發(fā)出光來。電子表和計算器的每個數(shù)是由7條液晶顯示器拼成8字形，它隨著接點的變化顯示出0~9的數(shù)字．

　　如果將電極板改為矩陣式電極，就可以在平面上顯示出圖像。由于液晶顯示器都是很薄的器件，不像電視顯像管那樣要求電子槍保持較大的發(fā)射距離，因而可制成很薄的、圖像清晰的電視機。一種超薄型可以像畫一樣掛在墻上的液晶彩色電視機已經(jīng)問世，它的最小屏幕只有12平方厘米，而最大的屏幕達2平方米，但液晶顯示器的厚度僅2．5毫米，真可說是技藝非凡了。

　　液晶顯示器的本領(lǐng)還不止于此，還可以利用它顯示出的明暗制作快門。用這種快門組合成電子計算機打印輸出的印刷頭，具有動作快、分辨力強的特點，從信號發(fā)生到消失僅需l／1000秒。

　　利用液晶對光、磁、電、熱等都非常敏感的特點，可制成各種液晶傳感器。例如，將液晶吸收的光波轉(zhuǎn)換成顏色、溫度和壓力的變化，制成了溫度傳感器、壓力傳感器和氣敏傳感器等。已投入市場銷售的新型液晶體溫計，比常用的水銀體溫計好用得多，特別受到兒童們的喜愛。這種體溫計是將少量液晶包上一層透明膠質(zhì)，形成很多的微膠囊，把它們混在油墨里，然后將這種油墨涂在一條塑料帶上，就成了能顯示溫度的液晶帶．它有從36～40℃的5個色標讀數(shù)，只要把液晶帶往患者的腦門一貼，就能很快顯示出病人的體溫，既簡便又快捷．人體各部位的溫度實際上是不相同的，但由于溫度相差很小，普通的體溫計和儀器很難測出來，而液晶體溫計卻可以毫無遺漏地反映出來。它在升溫過程中，液晶的顏色從紅色開始，然后逐漸變?yōu)榫G色、藍色……最后為紫色。

　　作為溫度傳感器，除了制作體溫計外，它還有許多特殊的用場。例如，在工廠車間里的加熱器上貼上液晶標志，當加熱器的外壁溫度超過限度時，液晶標志就會顯示出“當心燙手”的字樣，提醒人們注意。又如，當氣溫下降，道路結(jié)冰時，貼在路旁的液晶路標也會提醒騎車和駕車人員“注意安全”。美國一家公司還利用液晶溫度傳感器來測定鋼筒內(nèi)液體的工作液面高度。他們在鋼筒外貼上液晶標志，由于筒內(nèi)液體的不同高度的溫度有一定差別，因而液晶標志便自動將液面高度顯示出來。

　　通常，微波、紅外線、液體和氣體的流量和流速的變化，也能引起溫度的微弱變化，這些變化也可利用液晶探測器顯示出來。另外，人們還制成了一種恒溫器液晶開關(guān)，它在一30~150℃的溫度范圍內(nèi)的控制準確度為0．1℃，因而可最大限度地減少恒溫器的溫度偏差。

　　液晶在工業(yè)生產(chǎn)上可用來進行無損探傷。只要將液晶材料涂在被檢驗的零件或材料表面，然后將零件或材料加熱或冷卻，液晶便會顯示出不同顏色，從而可直觀地探測出零件或材料的裂縫或缺陷。這種方法特別適合于對飛機、導彈和宇宙飛船等的檢查。

　　液晶的分子排列雖然不像固體結(jié)晶那樣有序，但也不是像液體那樣無序，而是按—定的方向排列著。如果將液晶這種高分子聚合物紡成絲或注射成型，其分子將進一步排定方向，這種分子的排向，一旦冷卻即被固定下來，從而可獲得性能非凡的纖維、薄膜和塑料制品。例如，性能優(yōu)異的凱芙拉纖維就是這種液晶產(chǎn)品的典型代表。

　　凱芙拉纖維是美國杜邦公司1972年開始工業(yè)生產(chǎn)的。這種高分子液晶材料是用單體對苯二甲酰氯和對苯二胺在溶劑六甲基磷酰胺或二甲基乙酰胺中進行溶液縮聚，經(jīng)紡絲和低溫凝固成型而制成。它也是最早用于實際生產(chǎn)的高分子液晶材料，應(yīng)用十分廣泛。

　　凱芙拉纖維的性能賽過鋼鐵和合金，被人們稱為”夢的纖維”。這種液晶纖維的強度是鋼的5倍，鋁的l0倍，玻璃纖維的3倍，能在-196～182℃連續(xù)使用。它主要用作飛機的結(jié)構(gòu)材料、輪胎簾子線、船體、運動器具、防護服裝、纜繩等。例如，美國波音飛機公司的767型客機采用了3噸凱芙拉纖維與石墨纖維混雜的復合材料，使機身重量減輕了1噸，與波音727飛機相比，燃料消耗節(jié)省30％。用凱芙拉纖維增強的傳送皮帶、進料膠管等，比強度相同的鋼絲增強材料輕得多，而且厚度薄、不受腐蝕，還具有不可燃、使用安全的特點。以凱芙拉纖維制成的系船纜繩用在液化石油氣油船上，不會像鋼絲繩那樣容易引起火花，從而可避免引起火災(zāi)和爆炸的危險，使用安全可靠。

　　凱英拉纖維還是目前制作天線塔拉索和支撐用的最理想的材料，因為它不導電也無磁性，意味著它不需要絕緣及專門的天線固定位置；它的強度高和延伸性小，所以能減少塔的偏斜，而且操作和安裝都比較容易。法國在蒙得利爾的大型體育館就使用了凱芙拉涂層織物及凱芙拉繩等，獲得了預想的使用效果．