液晶织构
1 液晶织构的产生
液晶织构一般指液晶薄膜在光学显微镜特别是正交偏光显微镜下用平行光系统所观察到的图像，包括消光点或其它形式消光结构的存在乃至颜色的差异等等。一个理想的结构完全均匀的样品，只能给出单一色调而无织构可言，所以织构是液晶体中缺陷集合的产物。所谓缺陷，可以是物质的，也可以是取向状态方面的。在液晶中，主要是液晶分子或液晶基元排列中的平移缺陷（位错）和取向状态的局部缺陷（向错）。
在晶体中，如果某处点阵的原子因故失去，或者点阵之间某处多一个原子，那么原子之间的相互作用力将迫使附近的原子调整它们的位置，从而出现与正常点阵有差别的位错缺陷。对于液晶而言，位错则是分子链的碎片或杂质在液晶分子排列时影响其规整性而产生的。向错是指由于某种外力的作用使液晶在取向时偏离了正常的方向，于是在此附近的液晶取向将连续地进行一定的调整，表现为排列方向上的不连续变化。另外还有一种缺陷 — 旋错，它与手性液晶的螺旋对称性有关。液晶体中的位错、向错和旋错都会产生织构特征。在样品的实际观察中，样品厚薄的差异，异物的引入，表面的存在以及表面性质的不均匀等等，也可以导致位错和向错，并因此而产生不同的织构。
向列液晶只有取向有序，只能出现向错，液晶中的向错是容易观察的，如向列相液晶可以在偏光显微镜下看到从一个中心点辐射出几条逐渐变宽的黑线（黑刷子），其条数m与该向错的强度S有关，即S = m/4。这些向错组合在一起称为纹影织构。在偏光显微镜下观察到的黑刷子上的指向矢必定与正交偏振片的一个偏振方向相同，同步旋转上下两个正交的的偏振片某一角度时，黑刷子会随之而旋转。转动方向相同者，向错为正，相反者，为负。所以通过偏光显微镜可以立即确定向错的强度及符号[1-2]。
在液晶态中，向错往往不是孤立存在的，因为每一个孤立存在的向错其弹性畸变能将趋于无穷大，所以任何一个向错都是与其周围其他形式的向错相互作用而存在的。而且通常是相邻两个核心具有不同符号的同类型向错，即由一个正向错和另一个负向错组成向错对。除了同类型的向错对以外，不同类型的向错之间也可以相互作用。因此，两个不同符号的向错互相吸引趋向合并，或消失或形成一个强度等于原来向错代数和的新向错，表现为向错核心的密度不断减小，这种现象在接近于各向同性化转变温度时更为显著。上述现象在偏光显微镜下可以观察到，一条黑线连接两个符号相反的奇异点，则两个黑刷子中心会逐渐靠拢直至消矢。但是，对整体样品而言，其所有向错强度的代数和应等于零。
反转壁[3]是液晶态的另一种缺陷，如果所观测的液晶样品的玻璃片是经过定向处理或是施加外场（电、磁、力场）时，液晶指向矢将会重新排列。这时会出现另一种黑刷条纹，形成一对对接近平行的纹影织构，每一对黑刷中的一条要比另一条锐利一些。并且，每一对黑刷子的两端连接两个向错点，由于所连接的向错的类型和符号不同，而形成不同的墙或反转壁形式。在交叉偏振片下观察时，可以看到两条分别处于90°两侧成相互平行而且粗细不同的黑色纹影。当旋转样品时，大面积的样品将呈现亮暗变化。
近晶相和胆甾相液晶由于增加了平移有序性[4]，出现了位错，使液晶的织构更有特色，所以液晶的光学织构是区别液晶的类型的一个重要方法。
近晶相液晶的分子间成层状排列，它的缺陷形式比向列相复杂： (1) 近晶A相不仅有向错线，而且有位错线。(2) 近晶C相不仅有向错线，而且有位错线。近晶C相的指向在层面上形成一个与C—指向矢有关的畸变，它与层间的位移构成了近晶C相中缺陷的主要特征。C--指向矢的向错与向列相中指向矢的缺陷差不多，但是由于C—指向矢是极性的，所以它只有向列强度取整数时的缺陷，此外，由于C—指向矢仅限于在层面内，所以不会出现维数的变化。(3)
手性近晶C相，由于C—指向矢的螺旋结构，它的向错形式也不同。
胆甾相液晶是很有特色的一类液晶，可以近似地看作是有一层一层的丝状液晶（螺旋线）形成，相邻螺旋层的液晶指向矢的取向按照螺旋的形式连续地改变。胆甾相的缺陷比较复杂，实际上胆甾相中的向错往往是共存的。
2 液晶织构与液晶类型判断
作为光学上的各向异性物质，液晶物质的光学特性十分明显，而液晶织构则是液晶体结构的光学表现。不同的织构和不同的液晶态类型有一定的对应关系，但往往同一液晶态类型的物质，因其结构不同，引起的缺陷的形式不同，呈现的织构也不同，而同一种织构也可出现在不同的液晶态类型中。所以，研究液晶织构是判断液晶态存在和液晶类型的一种非常重要的手段，但要想完全确定一种物质的液晶态类型，有时需要其它的一些分析手段，如X-射线衍射分析。
分子排列决定织构类型，相对于载玻片，分子排列可以分为三种类型：①平行于载玻片（沿面排列homogeneous），②垂直于载玻片（垂面排列homeotropic），③以上两种类型的混合。影响分子排列的两种主要因素是分子结构本身及载玻片和盖玻片的表面。许多液晶会在载玻片的任意方向上排列，沿面排列通常在样品和载玻片及盖玻片处理后才能得到。一般来说载玻片及盖玻片用丙酮清洗并用织物沿同一方向打磨后，分子才有可能平行于载玻片排列，这时样品在接近清亮点的温度冷却一般得到纯均一方向的分子排列（沿面排列）。介晶相一般会保留起始相的一些织构特征，而固相的特征是各向异性，因此从各向同性端降温得到的织构通常好于从结晶端升温得到的织构。织构的色彩一般取决于样品的厚度，薄样品颜色会更鲜明，样品边沿呈现的织构色彩就是一个例子。粘度较小的液晶物质一般能形成比较薄的样品，较薄样品一般也能得到更好的焦锥织构，而在观察过程中移动盖玻片造成的挤压会使焦锥织构扇形变小。
聚合物通常较小分子物质粘度大，因此，不易得到好的织构，且厚、粘的样品容易包裹气泡，导致织构中有黑洞存在。
2.1 平面及垂面排列织构（planar and homeotropic textures）
分子沿面排列所得到的织构含有许多可用于判别液晶相类型的特征。然而，垂面排列织构在液晶相类型判别中非常有用，垂面排列一般在样品处于液态（流体态）时轻轻拿走盖玻片得到，有时必须反复才能得到好的垂面排列织构，既假各向同性织构。一个完美的垂面排列织构是全黑的，但又不同于各向同性液体。用这种方法很少得到完美的垂面排列，但是很多有效的取向剂（aligning agent），如卵磷脂，可用于获得好的垂面排列，而聚乙烯醇（PVC）在液晶分子的沿面排列（homogeneous）中特别有效。图1是典型的假各向同性织构。这种平面的，黑色的织构只能在单轴性的介晶态中观察到。近晶相中只有聚集分子不是倾斜于近晶层的是单轴性的，因此只存在3种非手性的，单轴性的介晶态：向列相和近晶A,B相。有关介晶相的这种单轴性可通过Bertrand 透镜观察到单轴锥光干涉图象 (uniaxial conoscopic cross)得到进一步的证实（图2）。观察单轴锥光干涉图象需要有比观察到图1的织构更好的垂面排列及足够的光强。晶体也可以是单轴的，但需要单晶沿垂直于载玻片的轴排列。至于能在液晶相中观察到单轴锥光干涉图象是因为液晶分子可以象单晶一样沿垂直于载玻片的光轴排列。
图1. 近晶B的假各向同性织构（部分）图2. 单轴锥光干涉图.
