液晶物性试验报告

1、液晶物性【摘要】本实验主要观察了液晶盒的旋光现象、双折射现象、衍射现象和电光效应.先在不加电压的情况下,观测液晶盒的旋光性和双折射现象.在对液晶盒加电压观察响应时间和响应曲线,最后观察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察,了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,观察到胆管醇苯酸酯简称CB在热熔时的特殊性质.它在145.5C熔点时熔化成浑浊的液体,温度升到178.5C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

2、围内,CB处于不同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.经过系统研究,莱曼发现物质在中介相具有强烈的各向异性物理特征,同时又具有普通流体那样的流动性.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.本实验主要观察了液晶盒的旋光现象、双折射现象、衍射现象和电光效应.先在不加电压的情况下,观测液晶盒的旋光性和双折射现象.二、实验原理1 .液晶形态与组成结构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4:18:1的物质比拟容易具有液晶态.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、胆管相.川近Millbj向粗桁刷图1液晶分子的三种

3、不同排列方式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主要参数.假设用与、W_l分别表示液晶平行、垂直于分子取向的介电常数,介电各向异性可用s=E_表示,可正可负,ea0称正性液晶,0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,分别用口和ot,表示.当一个任意取向的分子被外电场极化时,由于和口和口上的区别,造成分子感生电极矩的方向与外电场方向不同,从而使分子发生转动.图2电场对液晶分子的取向巴方向和与公式1M使分公式2

4、图2中,E为外电场,亡为分子的长轴方向,两者夹角为3把E分解成沿U垂直的.方向的两个分量E、E,那么这两个方向上的感生电极矩分别为P/=E-EcoeCOsP=旦=_E_=ctjEsinP电厂E作用在P和Pj_上的力矩M和M_L在方向上是相反的,按图示情形,子逆时针转动,M_l使分子顺时针转动,它们的大小分别为M/=ERsinP=口E2sinCcosPM_=EPcos:=E2sin:cos:当otAa上电场使液晶分子的长轴趋于电场方向排列；当otaj_,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结构的各向异性,光在液晶中传播会发生双折射现象,产生寻常光o光和非

5、寻常光e光,表现出光学各向异性.图3液晶引起的偏振光状态变化由于液晶的双折射效应,可以使入射光的偏振光状态和偏振光方向发生变化.如图3所示,在oz图11电压上升时的电光响应曲线图12电压下降时的电光响应曲线分析：电压上升时：阈值电压Vth升=0.632v,Vs升=0.606v电压下降时：阈值电压Vth升=1.015v,饱和电压Vs升=1.125v,阈值锐度P=1.1085 .液晶衍射图13液晶衍射表2:液晶衍射过程电压与衍射的关系衍射出现时的电压V衍射消失时的电压V电压上升过程8.8711.59电压卜降过程9.153.90分析：当施加在液晶盒上的低频电压高于某一阈值时,带电杂质的运动将会引起液

6、晶分子的环流,这些环流小区域导致整个液晶盒中液晶取向的有规那么形变,液晶内部的折射率也将发生周期性变化.随着电压升高,环流结构发生变化,液晶盒中液晶取向也将逐步改变,使得衍射图样也发生改变,当电压到达另一个阈值时,液晶分子取向将完全沿电场方向,环流消失,衍射图样也就随之消失.由此,液晶衍射是不可逆过程.光栅常数：a=6.048m五、实验结论与建议结论：液晶具有双折射效应.实验室用液晶盒的扭曲角约为109.有液晶盒时,液晶盒转动每隔45.出现一次光强极值.液晶盒的上升沿时间比下降沿时间要小,且液晶响应时间与间歇频率与驱动频率变化无关,是液晶本身的过程.液晶响应曲线电压上升时：阈值电压Vth升=0.632v,饱和电压乂升=0.606v电压下降时：阈值电压Vth升=1.015v,饱和电压Vs升=1.125v,阈值锐度1=1.108.液