簡單的振動使液晶由透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殓R面狀態(tài)

譯海擷英

簡單的振動使液晶由透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殓R面狀態(tài)

一種隨施加電壓的增加而反射不同顏色光的液晶裝置可從透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閹捉R面狀態(tài)。據(jù)開發(fā)者介紹，這種可調(diào)鏡面物質(zhì)可用來制造智能窗戶，夏天阻隔熱量，冬天讓熱量進(jìn)入，它還可以為在室內(nèi)外環(huán)境中不斷切換的平板電腦屏幕提供材料。

位于俄亥俄州的美國空軍研究實驗室的Timothy J.White及其同事利用膽甾相液晶（CLCs）制備出了該鏡面材料。膽甾相液晶是由排列成螺旋結(jié)構(gòu)的分子構(gòu)成的。膽甾相液晶所反射光的波長部分取決于晶體中分子之間的距離。一般情況下，膽甾相液晶可反射波長范圍50～100 nm的光，White的研究小組通過施加電壓將反射波長的范圍擴(kuò)大至50～600 nm，大于可見光的波長范圍，這意味著該液晶材料可以反射足夠多波長的光而呈現(xiàn)鏡面狀態(tài)。

該研究小組利用市售液晶原料制備了膽甾相液晶，包括二丙烯酸液晶單體、使晶體具有右旋或左旋特性的摻雜劑以及由不同化合物組成的混合物，該混合物作為基體材料，使液晶分子保持螺旋結(jié)構(gòu)。在一種具有不同類型基體材料的典型液晶中，施加電流將引起分子位置的變化。研究人員向混合物中加入光敏引發(fā)劑并在紫外光下將其聚合，膽甾相液晶的聚合溫度決定了反射波長的中心點(diǎn)。

由于膽甾相液晶只反射與其手性相匹配的偏振光，研究人員制備了一個右旋晶體和一個左旋晶體，然后把它們堆在一起以反射所有的入射光。

當(dāng)逐漸增加施加電壓時，反射光波長圍繞中心波長對稱性地變寬，進(jìn)而改變反射光的顏色。研究人員推測是由于逐步加大施加電壓使聚合物網(wǎng)絡(luò)物理性延伸，螺旋結(jié)構(gòu)中分子間距變大。液晶從幾乎透明的狀態(tài)變化到鏡面狀態(tài)所需的電壓變化為80 V。與標(biāo)準(zhǔn)液晶相比，膽甾相液晶的轉(zhuǎn)變速度非常慢——25 s出現(xiàn)鏡面反射，10 s后消失，如果一開始額外施加15 V或30 V的電壓并持續(xù)1 s左右，可將轉(zhuǎn)變時間縮短為2 s，快速的轉(zhuǎn)變足以使該液晶符合智能窗戶性質(zhì)的改變或平板屏幕透射性到反射性變化的要求。White表示，或許存在某種方式可以加快材料的轉(zhuǎn)變速度，而這是將該材料應(yīng)用于顯示領(lǐng)域所必需的，如用作電腦或電視屏幕。

荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)的化學(xué)家D.J.Broer也致力于膽甾相液晶材料的研究，他認(rèn)為該材料為智能窗戶提供了一個有效的新途徑，同時他擔(dān)憂使用兩塊堆疊的液晶材料會推高建筑物的價格。

透明的碳酸晶體

碳酸，分子式H2CO3，是生物學(xué)及地質(zhì)學(xué)中的一個關(guān)鍵分子。在人體內(nèi)，它在CO2運(yùn)輸方面起到中間作用，并在碳酸和碳酸氫鹽之間起平衡緩沖作用以維持血液pH值在7.4左右。在環(huán)境中，CO2溶于水形成碳酸，隨后導(dǎo)致碳酸鹽礦物的溶解及海洋的酸化。天體化學(xué)家預(yù)測碳酸存在于太陽系冰塊中，如火星上的冰和星際冰域。

不過，盡管無處不在，但由于它容易分解成CO2和H2O，碳酸很難作為一個純粹的物質(zhì)進(jìn)行研究。20世紀(jì)90年代，研究人員確定了兩種同質(zhì)異象體，分別命名為α型和β型，通過分子氫鍵的不同聯(lián)接方式而不是精確的結(jié)構(gòu)測定來區(qū)分彼此?，F(xiàn)在，新的碳酸紅外光譜表明所謂的α-H2CO3可能是碳酸單甲酯，或稱作碳酸氫甲酯，分子式為CH3OCO2H。

芬蘭赫爾辛基大學(xué)的化學(xué)教授Markku R?s?nen認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)有助于研究人員對地球大氣層和星際空間中的碳酸進(jìn)行監(jiān)控并了解其作用，它也顯示了理論計算與基質(zhì)隔離光譜學(xué)相結(jié)合在探測基本物質(zhì)中的作用。

同樣致力于碳酸研究的夏威夷大學(xué)馬諾阿分校的化學(xué)教授Ralf I.Kaiser認(rèn)為，該項工作強(qiáng)調(diào)在清潔的條件下進(jìn)行實驗非常重要，它可以避免誤判以及人為操作現(xiàn)象的出現(xiàn)。

之前，β-H2CO3是通過照射CO2和H2O的低溫冰混合物或低溫條件下在水溶液中將碳酸氫鹽或碳酸鹽質(zhì)子化制得的，而α-H2CO3是通過在甲醇溶液中進(jìn)行質(zhì)子化得到的。在對α-H2CO3和β-H2CO3的研究中，兩種材料先被升華，然后封存入充有稀有氣體的模具中，它們的紅外光譜表現(xiàn)出差異，說明兩種材料的分子結(jié)構(gòu)不同。該項工作是由因斯布魯克大學(xué)的化學(xué)教授Thomas Loerting和研究生Jürgen Bernard以及維也納科技大學(xué)的Hinrich Grothe教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組所完成的。研究人員還稱，α-H2CO3升華后再結(jié)晶還是形成α-H2CO3，同樣，β-H2CO3升華再結(jié)晶形成β-H2CO3。

Schreiner與高級科學(xué)家HansPeter Reisenauer以及研究生J. Philipp Wagner通過烷基碳酸鹽熱解制備了碳酸，隨后將其封存于稀有氣體模具中進(jìn)行紅外光譜研究。他們發(fā)現(xiàn)，通過熱解所得碳酸的紅外光譜與β-H2CO3相匹配，但是，只能通過叔丁基碳酸甲酯熱解形成CH3OCO2H來重現(xiàn)α-H2CO3的光譜。

Loerting認(rèn)為，紅外光譜表明他所在小組制備的α-H2CO3以及熱解樣品中均含有甲基。Bernard今年年初發(fā)表的論文也證明了單甲酯存在的可能性。但是，Loerting還存在單甲酯是主要產(chǎn)物還是副產(chǎn)物的疑問。為了得到確切的答案，他希望能有大量的光譜實驗證明α型固體樣品中包含CH3OCO2H，同時，他也承認(rèn)該研究具有一定的難度，因為電離時兩種物質(zhì)都有碎片化趨勢。

（本欄目編輯：李麗平）