简单的振动使液晶由透明状态转变为镜面状态

译海撷英

简单的振动使液晶由透明状态转变为镜面状态

一种随施加电压的增加而反射不同颜色光的液晶装置可从透明状态转变为几近镜面状态。据开发者介绍，这种可调镜面物质可用来制造智能窗户，夏天阻隔热量，冬天让热量进入，它还可以为在室内外环境中不断切换的平板电脑屏幕提供材料。

位于俄亥俄州的美国空军研究实验室的Timothy J.White及其同事利用胆甾相液晶（CLCs）制备出了该镜面材料。胆甾相液晶是由排列成螺旋结构的分子构成的。胆甾相液晶所反射光的波长部分取决于晶体中分子之间的距离。一般情况下，胆甾相液晶可反射波长范围50～100 nm的光，White的研究小组通过施加电压将反射波长的范围扩大至50～600 nm，大于可见光的波长范围，这意味着该液晶材料可以反射足够多波长的光而呈现镜面状态。

该研究小组利用市售液晶原料制备了胆甾相液晶，包括二丙烯酸液晶单体、使晶体具有右旋或左旋特性的掺杂剂以及由不同化合物组成的混合物，该混合物作为基体材料，使液晶分子保持螺旋结构。在一种具有不同类型基体材料的典型液晶中，施加电流将引起分子位置的变化。研究人员向混合物中加入光敏引发剂并在紫外光下将其聚合，胆甾相液晶的聚合温度决定了反射波长的中心点。

由于胆甾相液晶只反射与其手性相匹配的偏振光，研究人员制备了一个右旋晶体和一个左旋晶体，然后把它们堆在一起以反射所有的入射光。

当逐渐增加施加电压时，反射光波长围绕中心波长对称性地变宽，进而改变反射光的颜色。研究人员推测是由于逐步加大施加电压使聚合物网络物理性延伸，螺旋结构中分子间距变大。液晶从几乎透明的状态变化到镜面状态所需的电压变化为80 V。与标准液晶相比，胆甾相液晶的转变速度非常慢——25 s出现镜面反射，10 s后消失，如果一开始额外施加15 V或30 V的电压并持续1 s左右，可将转变时间缩短为2 s，快速的转变足以使该液晶符合智能窗户性质的改变或平板屏幕透射性到反射性变化的要求。White表示，或许存在某种方式可以加快材料的转变速度，而这是将该材料应用于显示领域所必需的，如用作电脑或电视屏幕。

荷兰埃因霍温理工大学的化学家D.J.Broer也致力于胆甾相液晶材料的研究，他认为该材料为智能窗户提供了一个有效的新途径，同时他担忧使用两块堆叠的液晶材料会推高建筑物的价格。

透明的碳酸晶体

碳酸，分子式H2CO3，是生物学及地质学中的一个关键分子。在人体内，它在CO2运输方面起到中间作用，并在碳酸和碳酸氢盐之间起平衡缓冲作用以维持血液pH值在7.4左右。在环境中，CO2溶于水形成碳酸，随后导致碳酸盐矿物的溶解及海洋的酸化。天体化学家预测碳酸存在于太阳系冰块中，如火星上的冰和星际冰域。

不过，尽管无处不在，但由于它容易分解成CO2和H2O，碳酸很难作为一个纯粹的物质进行研究。20世纪90年代，研究人员确定了两种同质异象体，分别命名为α型和β型，通过分子氢键的不同联接方式而不是精确的结构测定来区分彼此。现在，新的碳酸红外光谱表明所谓的α-H2CO3可能是碳酸单甲酯，或称作碳酸氢甲酯，分子式为CH3OCO2H。

芬兰赫尔辛基大学的化学教授Markku Räsänen认为，这一发现有助于研究人员对地球大气层和星际空间中的碳酸进行监控并了解其作用，它也显示了理论计算与基质隔离光谱学相结合在探测基本物质中的作用。

同样致力于碳酸研究的夏威夷大学马诺阿分校的化学教授Ralf I.Kaiser认为，该项工作强调在清洁的条件下进行实验非常重要，它可以避免误判以及人为操作现象的出现。

之前，β-H2CO3是通过照射CO2和H2O的低温冰混合物或低温条件下在水溶液中将碳酸氢盐或碳酸盐质子化制得的，而α-H2CO3是通过在甲醇溶液中进行质子化得到的。在对α-H2CO3和β-H2CO3的研究中，两种材料先被升华，然后封存入充有稀有气体的模具中，它们的红外光谱表现出差异，说明两种材料的分子结构不同。该项工作是由因斯布鲁克大学的化学教授Thomas Loerting和研究生Jürgen Bernard以及维也纳科技大学的Hinrich Grothe教授领导的研究小组所完成的。研究人员还称，α-H2CO3升华后再结晶还是形成α-H2CO3，同样，β-H2CO3升华再结晶形成β-H2CO3。

Schreiner与高级科学家HansPeter Reisenauer以及研究生J. Philipp Wagner通过烷基碳酸盐热解制备了碳酸，随后将其封存于稀有气体模具中进行红外光谱研究。他们发现，通过热解所得碳酸的红外光谱与β-H2CO3相匹配，但是，只能通过叔丁基碳酸甲酯热解形成CH3OCO2H来重现α-H2CO3的光谱。

Loerting认为，红外光谱表明他所在小组制备的α-H2CO3以及热解样品中均含有甲基。Bernard今年年初发表的论文也证明了单甲酯存在的可能性。但是，Loerting还存在单甲酯是主要产物还是副产物的疑问。为了得到确切的答案，他希望能有大量的光谱实验证明α型固体样品中包含CH3OCO2H，同时，他也承认该研究具有一定的难度，因为电离时两种物质都有碎片化趋势。

（本栏目编辑：李丽平）