20年前,“呼机、手机、商务通,一个都不能少”,是商务人士的标配。
20年后,“大屏、小屏、液晶屏,屏屏环绕”,我们已经习惯于屏幕的包围。可是说是无屏不欢,有屏千里来相会,无屏对面不相逢。
而在这所有屏幕中,液晶屏是目前应用最为广泛的。电视、电脑、手机、平板、大屏幕显示,只要需要显示的地方,都闪烁着液晶的光芒。
但往往最熟悉的也是最陌生的,虽然你每天离不开液晶,但你知道液晶是谁发现的吗?又是谁起的这个名字?被发现之后,为什么长达半个多世纪没有被应用呢?今天我们就来扒一扒。
说到液晶,我们就不得不涉及一个十分晦涩难记的词汇——苯甲酸胆固醇脂(Cholesteryl benzoate),又称安息香酸胆固醇脂或胆甾醇苯甲酸酯。
这是一种是由苯甲酸(安息香酸)与胆固醇形成的酯类有机化合物。在常温下为白色结晶固体。
这种物质会用在哪里呢?
如果你是女士,注意一下你的化妆品或护肤品的成分表,有一些里面会标注“苯甲酸酯类”,很有可能就应用了这种物质。
它的作用是什么呢?防腐!
别害怕,防腐并不都是不好的,只要正规厂家出的,可以安全使用。

那么苯甲酸胆固醇脂与液晶又有什么关系呢?这需要涉及到一个人——奥地利的植物学家弗里德里希·莱尼泽(Friedrich Reinitzer, 1857-1927)。
1888年,31岁的莱尼泽为了研究胆固醇在蔬菜里的功能,使用苯甲酸胆固醇脂进行实验。在加热时,发现了一个他从未见过的奇怪现象。
什么现象呢?
就是苯甲酸胆固醇脂在被加热到145.5℃时,原本的固体形态会出现熔化,变成半透明的乳白色浊稠状液体。再继续加热到178.5℃时,白浊的液体又会变成透明的液体。刚开始,莱尼泽以为是杂质在作怪,经反复检查,排除了这种可能。
之后,莱尼泽又将苯甲酸胆固醇脂进行了反向实验。将液态透明的苯甲酸胆固醇脂冷却。当降温时,发现这种物质先变为蓝色,然后是浊稠状,进一步降温,又变为紫色,最后成为白色固体。
这意味着什么呢?
意味着苯甲酸胆固醇脂有两个熔点。
对于这种现象,莱尼泽百思不得其解。查阅了很多资料,也没有获得答案。后来他打听到德国的物理学家奥托·雷曼(Otto Lehmann, 1855-1922),在晶体学方面很有研究,或许可以解答这个困惑。
于是就给雷曼写了一封长达16页的信,详细记录了他所观察到的现象和数据。
大家注意到,我们又引入了一个人物——奥托·雷曼。这是一个重要人物,后人称他为“液晶之父”。这个称号能够获得,与莱尼泽的来信紧密相关。

雷曼是一个物理学家,1855年出生在德国,受从事自然科学工作的父亲的影响,从小就对晶体产生了浓厚兴趣。一直到大学毕业后,攻读博士学位时,研究方向也是晶体。
为了便于研究,他发明了晶体显微镜。用这种显微镜他首次观察到了固态物内部结构的液晶化现象。可以说,奥托·雷曼是当时对晶体研究最为深入的专家之一。
这么说来,莱尼泽是找对人了?
在接到莱尼泽的来信后,雷曼也很好奇,着手进行了实验,结果与莱尼泽信中的描述相同。

同时雷曼还发现了双折射效应,即当苯甲酸胆固醇脂处于两个熔点之间时,用光照射,会产生两条折射光线。
这是晶体特有的现象,晶体具有各向异性的特性,就是在不同方向上观察,会得到不同的观察结果。既然苯甲酸胆固醇脂存在双折射,那么它应该属于晶体。
但是在人们的印象中,晶体应该都是固态的,比如水晶、钻石,可是苯甲酸胆固醇脂,怎么固态、液态和中间态都有呢?
同时雷曼还发现了双折射效应,即当苯甲酸胆固醇脂处于两个熔点之间时,用光照射,会产生两条折射光线。
这是晶体特有的现象,晶体具有各向异性的特性,就是在不同方向上观察,会得到不同的观察结果。既然苯甲酸胆固醇脂存在双折射,那么它应该属于晶体。
但是在人们的印象中,晶体应该都是固态的,比如水晶、钻石,可是苯甲酸胆固醇脂,怎么固态、液态和中间态都有呢?

也就是说,苯甲酸胆固醇脂在一定温度下,尽管失去了固态物质的刚性,却获得了液体的流动性,并保留着部分晶态物质分子的各向异性有序排列,形成一种兼有晶体和液体的部分性质的中间态。
这种中间态是之前的晶体所没有发现的,但由于具有晶体的显著特征,雷曼依然认定苯甲酸胆固醇脂是晶体,是一种特殊的晶体。雷曼把它形象的称为“液晶”(Liquid Crystal)。
后来,雷曼还发现了许多与苯甲酸胆固醇脂同样特性的物质。1889年的8月,雷曼将研究成果撰写成标题为《流动的晶体》的论文,引起了科学界的的高度关注。
由于雷曼首次提出了“液晶”概念,以及对此进行了深入研究。因此被后人尊称为“液晶之父”,并由此多次获得诺贝尔奖提名。
但这样一个伟大的发现,在雷曼有生之年却没能获得实际应用。为什么呢?
因为按照当时的科学技术发展水平,真的不知道该怎么用?往哪用?直到20世纪60年代末,人们才重新开始研究液晶,苯甲酸胆固醇脂也就成为了合成液晶的一种材料。1968年,美国RCA公司研发出了世界上第一块液晶显示屏,这时距离发现液晶已经半个多世纪了。