普通的无机物或有机物晶体分子（原子或离子）在晶格结点上作有规则排列，即构成三维有序的晶格点阵。这种结构使晶体具有各向异性，如光学各向异性、介电和介磁各向异性等。当晶体受热后，在晶格上排列的分子（原子或离子）动能增加，振动加剧，在一定压力下达到固态和液态平衡时的温度，就是该物质的熔点。在熔点以下这种物质呈固态，熔点以上呈液态，在液态时晶体所具有的各种特性均消失，变为各向同性的液体。熔点是晶体的灵敏的特征数值，物质纯度愈高，固一液态转变区间愈窄。

1.液晶材料的分类与分子结构特征

将液晶置于电场中时，其分子排列将发生变化，相应地也会出现光学上的变化。利用这种特性可制成显示装置，应用于台式电子计算机显示装置、数字显示手表、超小型电视显像以及温度传感器等方面。一般单一的液晶适用温度较窄，实际上为了扩大其适用温度范围，常将两种以上的液晶混合起来使用。根据形成液晶的条件和组成，可以分为两大类，即溶致液晶与热致液晶。

(1)溶致液晶溶致液晶是由符合一定结构要求的两种或两种以上化合物与溶剂组成的液晶体系。最常见的溶致液晶是由水和“双亲（amphiphilic）性”分子所组成。所谓双亲性分子是指分子结构中既含有亲水的极性基团，也含有不溶于水的非极性基团即疏水基团，例如磷脂、艾罗莎(aerosol)、多肤聚γ-L-谷氨酸苄酯等。双亲分子结构与表面活性剂相同。

双亲分子缔合使体系自由能减小，极性基团靠电性的相互作用彼此缔合形成层状结构的亲水层，非极性基团因范德华力缔合形成非极性碳氢层，这样便构成层状液晶结构。

随着溶致液晶组成的变化，分子进一步组成聚集体（胶束），周围的溶剂（水、有机物）插入缔合，可以构成各种溶致液晶相。其相变序列是：

在上述各个转变中都有固定的焓变、嫡变和确定的组成区间及温度区间，所以它们都是热力学稳定态。

(2）热致液晶热致液晶的液晶相是由温度引起的，并且只能在一定温度范围内存在，一般是单一组分。根据其微观结构及相态特征，热致液晶又可分为近晶相液晶（smectic liquid crystals)、向列相（nematic）液晶、胆甾相（cholesteric）液晶、圆盘型（dicotic）液晶及重入（reentrant）液晶
5种。前4种液晶的分子排列与结构见图10-12。

图10-12热致液晶的分子排列与结构示意图

根据液晶相变的一般规律，可以认为向列相是在比近晶相高的温度下出现的。然而，1975年克拉迪斯（O.Cladis）发现，某种二组分混合液晶的各向同性液体在冷却过程中，出现了各向同性液体→向列相→近晶相→向列相这样奇妙的相变现象，即在比近晶相的温度低时再次出现了向列相。这种在相变过程中又再次出现相同相的液晶，被命名为重入液晶。现在，不仅在混合液晶中，就是在许多单一液晶中也发现了重入现象。例如1,2-二苯乙烯衍生物己被确认存在着多重的重入现象，其结构及现象如下：

(3)分子结构特征

化合物要呈现液晶相，其分子结构必须满足下述要求：

①液晶分子的几何形状应是各向相异的，分子的长径比（L/D）必须大于4，呈棒状或片状。

②液晶分子长轴应不易弯曲，要有一定的刚性，因而常在分子的中央部分引进双键或叁键，形成共轭体系，以得到刚性的线型结构或者使分子保持反式构型，以获得线状结构。

③分子末端含有极性或可极化的基团，通过分子间电性力、色散力的作用使分子保持取向有序。

由上述必要条件可知，能够呈现液晶性的化合物必须有棒状或片状的分子形状，还必须要有永久偶极或容易极化的化学基团（官能团）。把包含在这些分子结构中的中心基团、端基、环状基等设法进行各种方式的组合，就能设计出具有实用要求的各种液晶化合物。

根据组成液晶分子的中心桥键及环的特征可将液晶区分为亚苄基类、偶氮和氧化偶氮类、芳香酯类、二苯乙烯和二苯乙炔类、肉桂酸酯类、联苯类、苯基环己烷类、环己基环己烷类、环辛烷类、嘧啶类、脂肪酸类等，以及胆甾醇衍生物和手性液晶。

2.液晶材料的合成原理与工艺

常见的液晶显示材料有TN型、STN型和TFT型3种，它们大都为混合液晶所组成。例如，TN型液晶数字显示材料其主要成分是联苯型液晶及酯类型液晶单体所组成，现就联苯型液晶4-正戊基-4'-氰基联苯的合成工艺举例说明如下。

生产每吨液晶的消耗定额(kg/t)：联苯3380，正戊酰氯800，二氯乙烷16800，水合肼300,草酰氯1800，一缩乙二醇10100，无水三氯化铝4800，四氯化碳15100，三氯氧磷1460，苯6550。

4-正戊基-4’-氰基联苯的合成反应原理如下：

(1)正戊酰联苯的合成联苯与正戊酰氯直接反应

(2）正戊基联苯的合成正戊酰联苯与水合肼反应

(3）正戊基联苯甲酰氯的合成正戊基联苯与草酰氯反应

(4）正戊基联苯甲酰胺的合成正戊基联苯酰氯的氨化反应

(5) 4-正戊基-4'-氰基联苯的合成正戊基联苯甲酰胺与POCI3反应得产物

合成工艺流程见图10-13，其工艺步骤说明如下。

图10-134-正戊基-4'-氰基联苯生产流程图

(1)在戊酰基联苯的缩合锅(1）中加入二氯乙烷，搅拌下加入联苯，开动冷冻使温度降低到10℃,加入无水三氯化铝；继续降温至-5℃，慢慢加入戊酰氯，并于-5℃左右反应2h，将反应物放入冰水槽(1)中（槽中冰水体积为上述物料的4倍体积）。开动搅拌将物料混匀，然后停止搅拌，静止放置过夜分层，上层为有机层，下层为水层，放出有机层并将其冷却到-10℃，析出结晶，用离心机甩干，将粗品在结晶槽(1)中用石油醚重结晶，再甩干后于干燥箱中烘干得微黄色光亮结晶即正戊酰联苯。

(2)将干燥过的正戊酰联苯加入到预先放有一缩乙二醇的还原锅中，慢慢加入水合肼并开动搅拌，加热回流，并用外回流法除去反应中的水分，温度升到200℃，保持反应1h，冷却反应物，稍静止分层，上层产物放入洗涤分离槽中，经水洗涤后用H2SO4；处理，再用无水硫酸钠干燥，干燥的母液用过滤法除去无水硫酸钠；母液用泵（1)打入减压蒸馏塔(1)中，进行减压蒸馏，收集148～153℃/400～433Pa的馏分即正戊基联苯。

(3)在缩合锅（2)中，加入四氯化碳，降温至10℃，在搅拌下加入无水三氯化铝和草酰氯，然后慢慢加入正戊基联苯，于13～15℃反应lh，这时有大量的HCl气体冒出，待反应完后将物料放入冰水槽(2)中，同时搅拌（冰水槽中冰水用量为物料的总量的4倍体积），0.5h后，静止分层，除去水层，有机层经泵（2)打入减压蒸馏锅中，减压蒸去溶剂得黄色固体。

(4)在氨化锅中，加入氨水，开动搅拌加入正戊基联苯甲酰氯与二氧六环的混合物，搅拌反应0.5h，得黄色固体。将反应物放入过滤器中进行过滤，所得黄色固体于结晶槽（2)中进行重结晶，结晶后置于干燥箱（2)中进行干燥，干燥后的产物即为正戊基联苯甲酰胺。

(5)将上述中间体加入氰化锅中，加入苯及三氯氧磷，加热回流4h，将产品放入冰水槽(3)中（冰水用量为产物体积的4倍），搅拌均匀，静止分层，上层为有机层，抽出有机层用碳酸钠干燥几个小时，过滤除去固体粗品，滤液置于精馏塔中精馏得4-正戊基-4'-氰基联苯。