有趣問題–液晶體膠膜
文﹕石海燕   

液晶體的螺距。
圖一  液晶體的螺距。

液晶體膠膜接觸一杯熱水後,呈現多種顏色。
圖二  液晶體膠膜接觸一杯熱水後,呈現多種顏色。

什麼是液晶體?

在中學裡,我們學到物質有三個狀態,分別為固態、液態及氣態。但其實從廣義來說,物質所處的狀態可以多於三個。於1888 年,一位澳洲的植物學家萊尼茨發現苯甲酸膽固醇有兩個截然不同的熔點。這物質被加熱時,會由固體熔化為混沌黏稠的液體;如果溫度持續升高,它便會變成清澈透明的液體。這觀察促使一個新物質狀態的發現 ── 液晶體態 ── 它是一種介乎固態及液態之間的東西。

液晶體的結構

如圖一所示,液晶體由一些一層層排列的棒狀分子所組成。在同一層裡的分子排列方向一致,但是一層與另一層的指向卻不相同。雖然指向不同,但彼此間郤維持著螺旋狀的模式,即相鄰兩層的指向構成一特定的角度。如果我們從某個指向出發,經過一段距離後,便會回到同一指向;這段指向旋轉一週所需的距離稱為螺距 (圖一)。當溫度上升,指向構成的角度增大,整個螺旋像扭緊了,螺距縮短;反之亦然。

為何液晶體膠膜接觸熱的物件後會出現多種顏色?

要大致了解這現象,我們先要知道以下事情:

「只有波長的整數倍等於螺距的光波才會被液晶體反射。」[1]

當我們接觸膠片時,把熱能傳遞給液晶體,令螺距縮短;當螺距達到某種顏色光的波長倍數時,我們就會在那地方上,看到該顏色的光,而其他顏色的光則被吸收了,所以液晶體可透過所反射的顏色光顯示出四周環境的溫度 (圖二)。而當不同種類的液晶體結合使用時,它更可變成探測多種溫差的感應器,用於檢查電路板接口的裂縫、液體流動的模式、電池狀況、輻射強弱、或是用於電影小說所提到的「情緒探測指環」上。

[1] 當中的理論涉及光的圓偏振理論,在此不加詳述。