如今，超薄大屏幕智能电脑、3D电视、智能手机已经走入千家万户，然而你知道屏幕的彩色显示需要的是什么材料吗？百货商场的金银、翡翠、玛瑙、宝石等各种雕刻饰品熠熠生辉，你知道何种工具可以将翡翠与玛瑙雕刻成各种漂亮的外形吗？用什么东西可以将它们打磨得晶莹透亮？当你夜间驾车在高速公路上，路两边荧光闪闪的标志线提醒你不至于偏离行车方向，你知道什么材料在车灯照射下会荧光闪闪吗？本章就此一一进行解密。
7.1液晶显示的魅力
液晶，顾名思义，就是一种像液体一样可以流动，又具有晶体结构特征的一类物质。早在1883年，奥地利植物学家赖尼铁兹发现，将安息香酸胆固醇酯固体慢慢加热至145.5℃时，固体熔化产生彩色混浊；继续加热至178.8℃时，彩色混浊消失，呈现透明液体状态；稍微冷却，混浊又出现，并有紫、橙红、绿等不同颜色变化。赖尼铁兹反复确定其发现后，向好友德国物理学家奥·莱曼请教，而当时奥·莱曼刚好制造了一架具有加热功能的偏光显微镜，于是就将安息香酸胆固醇酯置于该仪器之下进行观察，发现该物质在加热情况下能够形成一种具有偏光性质的液体，他起初将其称为“晶态流体”，后来他深信只有结构规则的结晶才具有偏光性质，于是将其改称“流动晶体”，最后改名为“液晶”。因此，赖尼铁兹和奥·莱曼后来被誉为液晶之父。
7.1.1生活中的液晶现象
我们外出游玩时，经常碰到小商贩将肥皂粉（或其他表面活性剂）溶解于水中，然后用一个塑料管蘸一些肥皂水，用嘴一吹会产生一些五颜六色的肥皂泡。实际上，这正是一种“溶致液晶”现象，因为，肥皂粉属于简单的脂肪酸盐，固态时，一定程度上，分子为定向排列，当将其溶解在溶剂中时，溶解作用破坏其规则排列而形成五颜六色的液晶现象。除脂肪酸盐外，一些离子型或非离子型表面活性剂都存在一定程度的溶致液晶现象。此外，雨后彩虹、人类眼球都存在液晶现象，因此，液晶不仅广泛存在于自然界与生物体中，还和生命息息相关，但这些液晶现象不能用于显示技术之中。
7把光辉与坚强带给世界物质不同液晶相示意物质特殊相态带给我们的惊讶众所周知，物质最常见的相态为气、液、固三种状态，例如，一般情况下，水为清澈透明的液体，冬天则可变成晶莹透亮的冰和美丽无瑕的雪花，而生活中又常常被加热变成水蒸气。其实，很多物质除了上述常见的三种相态之外，在特殊条件下还会出现两种常人不太注意的特殊相态，即等离子态（也叫电浆）与液晶相态。
等离子态是物质的离子化气体状态，它一般是在极端条件下才能够产生，例如，直流弧光放电、交流工频放电、高频感应放电、低气压放电和燃烧法均可产生等离子体。等离子体可以导电，可被巧妙设计的信号磁场捕捉、移动或加速，因而可以用于“等离子电视”制造等。此外，宇宙空间因为闪电或北极光也会产生等离子体，因而等离子态也广泛应用于能源、材料、信息、空间与地球物理等学科研究。
液晶相态则是一些特殊结构形状的物质分子，在一定温度下呈现可以流动的分子定向排列透明状态。这种透明状态具有动态干涉、散射、衍射、旋光、吸收和相变等一系列受电场调制的光学现象（又称“光电效应”）。例如，液晶物质遇到外加的直流电场信号后，分子排列就会被打乱，一部分液晶变得不透明，甚至呈现特殊颜色，因而能显示数字和图像，即液晶显示（liquidcrystaldisplay）。与等离子体相比，液晶显示驱动电压很低、功耗微小、可靠性增高、显示信息量加大、彩色显示无闪烁、对人体几乎无任何危害，而且成本低廉、易于自动化生产，还可制成各种类型和规格的显示器，便于携带。
7把光辉与坚强带给世界
7.1.3液晶分子及其应用用于液晶显示技术的液晶分子几乎全部来自人工合成，主要包括三大类：苯基环己烷液晶、联苯类液晶与酯类液晶。这类物质在低温下为晶体结构，当温度升到某一点（液晶点TM）时则变为液晶，温度继续升高则变为清亮的物质液体（清亮点TC）。液晶单分子都有各自的液晶点和清亮点，在中间温度则以液晶形态存在。用于液晶显示正是在液晶点和清亮点之间，由于这类物质在一定温度下出现液晶状态，因而，称为“热致液晶”。根据热致液晶的分子排列结构可将液晶分为三大类：近晶相、向列相和胆甾相。目前，各种形态液晶材料都用于液晶显示器的开发，例如，各种向列相液晶、双（多）稳态液晶、聚合物分散液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等。其中，向列相液晶显示器开发最为成功，发展最快，市场占有率也最高，其主要应用领域包括计算器、家用电器、各类仪表表盘、游戏机、车载系统、电视、电脑、手机等。目前，日本、韩国、中国台湾在液晶显示技术方面处于世界领先地位。
7.1.4我国液晶显示行业现状
我国液晶材料研发工作始于20世纪70年代，但受到“文化大革命”以及工业液晶显示整体技术水平和资金限制，液晶技术一直未进入国家科技部的视线，经费不足和人才短缺大大限制了该行业发展。20世纪90年代，我国先后有数十家企业引进液晶显示生产线，以中国科学院长春光学精密机械与物理所、南京电子器体研究所、清华大学和深圳天马微电子股份有限公司为龙头的液晶显示技术研究开发工作才得以开展。经过二十多年努力，我国液晶材料从无到有，从小到大，已逐步形成了相当规模的产业，尤其是在全氟苯炔类液晶化合物合成方面取得一些突破性成就。目前，我国已经由20世纪完全依赖进口转化为部分出口，液晶材料年销售量达到300吨左右，发展较快，但在全球液晶材料市场中所占份额很小，仍然赶不上液晶显示发展的需要。同日、韩、美、德等液晶技术发达国家相比，我们在新材料研发方面差距很大，特别在薄膜晶体管显示（TFT）、超扭曲向列相液晶显示（STN-LCD）配套液晶材料的研发工作进展非常缓慢，使得我国在全球液晶显示行业缺乏竞争力。尤其是中高档品种（如STN-LCD材料），亟待增加科研开发力度。
7.2给点阳光就灿烂
夜间开车，特别是在没有路灯的高速公路上，你将如何判断方向？当遇到停电时，在十字路口指挥交通的警察如何让司机避让自己？马路清洁工人在夜间打扫马路时，又如何避免飞来的横祸呢？目前最好的办法就是穿上涂有荧光粉的服装，这些荧光粉遇到灯光照射时，就会反射出明亮的荧光，从而提醒司机朋友，及时避让交通警察或马路天使。那么荧光粉到底为何物？它为何能够反射荧光呢？
7.2.1荧光与荧光物质
在一定波长光线（通常为X射线或紫外线）照射下，有些物质会被激发而进入高能激发态，瞬间退激，并发出一种类似萤火虫夜间发光（通常波长比入射光波长更长），而且一旦停止照射，发光现象也随之消失，这就是荧光，又作“萤光”。具有这种性质的物质称为荧光物质，也叫荧光材料。确切地说，荧光是指在外界光照下，人眼见到的一些相当亮的有色光，如绿色光、橘黄色光、黄色光，也常称之为霓虹光。
绿色荧光及其应用荧光材料发射荧光的颜色与强度与材料本身结构有关。荧光材料可以由稀土金属氧化物、过渡金属（如锌、铬）硫化物与微量活性剂配合，经煅烧而成；也可以由一种或多种具有发色基团（如CC、CN或CO双键）的共轭体系化合物构成；还可以将稀土金属与有机小分子配位而成。前者为无机荧光材料，中间为有机荧光材料，后者为复合荧光材料。无机荧光材料一般为无色或浅白色，在紫外光（200～400纳米）照射下，依颜料中金属和活化剂种类、含量不同，而呈现出各种颜色可见光（400～800纳米），主要应用于交通标志牌与各种执照牌；相比之下，有机荧光材料与有机配合物种类更多，应用更广。例如，除用作染料、有机颜料外，还用作光氧化剂、荧光增白剂、涂料，用于太阳能捕集器、药物示踪、防伪标记、化学及生化分析、激光荧光探针等领域。
7.2.2荧光材料
（1）无机荧光材料
无机荧光材料是以金属硫化物（如ZnS、CaS）、铝酸盐（如SrAl2O4、CaAl2O4与BaAl2O4）等作为发光基质，以稀土镧系元素铕（Eu）、钐（Sm）、铒（Er）、钕（Nd）等作为激活剂和助激活剂。稀土离子具有丰富能级和4f电子跃迁特性，它们受到一定波长光线照射时，f轨道电子快速发生能级跃迁，又快速发生能级跳跃发出荧光。稀土发光荧光材料吸收能力强、转换率高、易于全色显示，且物理化学性质稳定。无机荧光材料多采用传统高温固相法制备，但随着技术更新，越来越多采用燃烧、溶胶-凝胶、水热沉淀以及微波等方法来合成。
（2）有机荧光材料
有机荧光材料具有可调性好、色纯度高、色彩丰富，且分子设计比较灵活。主要包括小分子与高分子发光材料。
（1）有机小分子发光材料主要指带有共轭杂环及各种生色基团的化合物，如唑、罗丹明、三唑、香豆素、1，8-萘酰亚胺、吡唑啉、卟啉、咔唑、噻唑、苝、吡嗪以及三苯胺等及其衍生物。一般通过引入苯环、烯键等来改变分子共轭长度，从而调节整个分子光电性质，最终达到应用目的。目前这类荧光材料已广泛应用于DNA诊断、光学电子器件、染料、荧光涂料、荧光增白剂、激光染料、光化学传感器以及电致发光器件（ELD）等方面。但是这类光材料易发生荧光猝灭，制成器件寿命较短。
（2）高分子发光材料是指单个大分子共轭体系或主链上通过非共轭相连的多个共轭体系（又叫发光中心），或者在高分子侧链上连接小分子发光基团等，如聚苯、聚噻吩、聚三苯基胺、聚咔唑、聚吡咯、聚卟啉及其衍生物等。
为满足全色显示发光要求，科学家们又将一些稀土金属与有机体结合制备出一系列光致发光的荧光材料。常见的稀土金属主要为镧系金属离子（如Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+和Eu2+、Ce3+及Yb2+等），而常见的有机体为β-二酮类化合物、羧酸类、超分子大环类（如多联吡啶）、冠醚、穴醚以及具有配位基的高分子化合物。
7.2.3荧光奥秘
任何物质分子中，外层电子自旋状态有两种：单重态与三重态。室温时，多数分子的电子处于基态最低振动能级，当物质分子吸收了与电子基态振动能级所具有的特征频率相一致的光子时，电子会由原来能级跃迁至第一电子激发态或第二电子激发态中各个不同振动能级，其后，大多数分子常迅速降落至第一电子激发态的最低振动能级，在这一过程中它们和周围的同类分子或其他分子撞击而消耗了能量，因而不发射光。
电子跃迁过程处在第一激发单重态的电子跃回基态各振动能级时，将产生荧光（10-7～10-9秒），在这一过程中除了荧光还有磷光，以及延迟荧光等。荧光是由激发单重态最低振动能层至基态各振动能级之间的跃迁产生的；而磷光是由激发三重态最低振动能级至基态各振动能级之间的跃迁产生的。
物质产生荧光必须具备两个条件：第一，该物质的分子必须具有能吸收激发光的结构，通常是共轭双键结构；第二，该物质分子必须具有一定程度的荧光效率（物质吸光后所发射的荧光量子数与吸收的激发光的量子数的比值）。
7.3钻石恒久远的奥秘
