液晶
液晶（ LC ）是一种物质的状态，其特性是在常规液体和固体晶体的物质之间。例如，液晶可以像液体一样流动，但其分子可以像固体一样以共同的方向为导向。 LC阶段有许多类型，可以通过其光学特性（例如纹理）来区分。对比纹理是由于材料（“域”）内的一个区域内的分子而产生的，但在相同方向上定向，但具有不同方向的不同区域。 LC材料可能并不总是处于LC物质状态（就像水可能是冰或水蒸气一样）。
液晶可以分为三种主要类型：热旋转，溶作疗法和冶金。热液液晶体主要由有机分子组成，尽管也已知一些矿物质。随着温度的变化，热型LCS表现为LC相的相变。裂解LCS在溶剂（通常是水）中的温度和分子浓度的函数表现出相变的函数。冶金LCs由有机和无机分子组成。它们的LC过渡还取决于无机有机组成比。
LCS的例子既存在于自然世界和技术应用中。 lyotropic LCS在生活系统中比比皆是；许多蛋白质和细胞膜是LCS以及烟草病毒。矿物世界中的LC包括肥皂和各种相关洗涤剂的溶液以及一些粘土。使用液晶的广泛液晶显示器（LCD）。
历史
1888年，在Karl-Ferdinands-Universität工作的奥地利植物生理学家Friedrich Reinitzer研究了胆固醇的各种胆固醇衍生物的物理化学特性，这些物理化学特性现在属于称为胆汁脱液液晶的材料类。以前，其他研究人员在冷却胆固醇衍生物刚好在冰点上方时观察到了独特的色彩效应，但与新现象无关。 Reinitzer认为衍生物胆固醇苯甲酸酯的颜色变化不是最特殊的特征。
他发现，胆汁固醇苯甲酸酯的融化方式与其他化合物的融化方式并不相同，而是有两个熔点。在145.5°C（293.9°F）下，它融化成云彩液体，在178.5°C（353.3°F）下，它再次融化，多云液体变得清晰。该现像是可逆的。 1888年3月14日，他向一位物理学家寻求帮助，当时他写信给奥托·莱曼（Otto Lehmann） ，当时是亚兴的一位私人。他们交换了字母和样本。莱曼检查了中间的多云流体，并报告了看到结晶石。赖尼策（Reinitzer）的维也纳同事冯·泽法罗维奇（Von Zepharovich）也表示，中间的“流体”是结晶的。 4月24日，与莱曼的信件交换结束了，许多问题没有回答。雷尼泽（Reinitzer）于1888年5月3日在维也纳化学学会的一次会议上向莱曼（Lehmann）和冯·泽法罗维奇（Von Zepharovich）表示赞赏。
到那时，雷恩策（Reinitzer光。
偶然发现后，雷尼泽（Reinitzer）并没有进一步研究液晶。雷曼继续进行了这项研究，他意识到他遇到了一种新现象，并且可以调查它：在他的博士后年，他获得了晶体学和显微镜的专业知识。莱曼（Lehmann）开始了一项系统的研究，首先是胆固醇苯甲酸酯，然后是表现出双层现象的相关化合物。他能够在极化光中进行观察，并且他的显微镜配备了一个热阶段（配备加热器的样品架），以实现高温观察。中间多云的相位显然持续了流动，但其他特征，尤其是显微镜下的签名，使莱曼说他正在处理固体。到1889年8月底，他已经在ZeitschriftfürPhysikalischeChemie中发表了自己的结果。
莱曼的工作继续进行，并由德国化学家丹尼尔·沃尔德（DanielVorländer）显著扩大，他从20世纪初到1935年退休，他综合了大多数已知的液晶。但是，液晶在科学家中并不流行，大约80年的材料一直是纯粹的科学好奇心。
第二次世界大战后，在欧洲的大学研究实验室重新启动了液晶合成的工作。液晶著名研究人员乔治·威廉·格雷（George William Gray）于1940年代后期开始在英格兰调查这些材料。他的小组合成了许多展示液晶状态的新材料，并对如何设计表现出该状态的分子有了更好的了解。他的书分子结构和液晶的特性成为有关该主题的指南。美国最早研究液晶的化学家之一是格伦·布朗（ Glenn H. 1965年，他在俄亥俄州肯特举行了第一次在俄亥俄州肯特的国际液晶国际会议，大约100名全球液晶科学家参加了大约100名。这次会议标志着全球在该领域进行研究的努力的开始，这很快导致了这些独特材料的实际应用。
液晶材料成为1962年在RCA实验室开始开发平板电子展览的研究重点。当物理化学家理查德·威廉姆斯（Richard Williams）将电场应用于125°C的列液晶薄层时，他观察到形成了他称之为域的常规图案（现在称为Williams域）。这导致他的同事乔治·H·海尔梅尔（George H.但是，威廉姆斯和海尔梅尔使用的para-氮杂烷溶液显示出仅在116°C以上的列晶体状态，这使得在商业展示产品中使用不切实际。显然需要在室温下操作的材料。
1966年，RCA Heilmeier组的研究化学家Joel E. Goldmacher和Joseph A. Castellano发现，仅由nematic化合物制成的混合物仅在末端链中仅在碳原子数量上有所不同晶体。 Schiff碱化合物的三元混合物导致列范围为22-105°C。在室温下操作使得制造了第一个实用的显示器。然后，团队开始准备许多列合化合物的混合物，其中许多熔化点要低得多。这种混合列神经化合物以获得广泛的工作温度范围的技术最终成为行业标准，并且仍用于量身定制材料以满足特定的应用。
1969年，汉斯·凯尔克（Hans Kelker）成功地合成了一种在室温下具有列相位的物质N-（4-甲氧基苯甲酰苯）-4-丁基苯胺（MBBA），该物质是最受欢迎的液晶研究受试者之一。液晶显示器商业化的下一步是乔治·格雷（George Gray ）综合了进一步的化学稳定物质（氰基苯基），其温度低。 1973年与Ken Harrison和UK Mod（ RRE Malvern ）合作，导致了新材料的设计，从而在电子产品中迅速采用了小面积LCD。
这些分子是杆状的，有些是在实验室中产生的，有些在自然界中自发出现。从那时起，已经合成了两种新型的LC分子：盘状（1977年印度的Sivaramakrishna Chandrasekhar ）和锥形或碗形（1982年由Lui Lam在中国预测，并于1985年在欧洲合成）。
1991年，当液晶显示器已经建立得很好时， Pierre-Gilles de Gennes在巴黎大学工作的Pierre-Gilles de Gennes获得了诺贝尔物理学奖”，以发现用于研究用于研究简单系统中的订单现象的方法可以推广到更复杂的形式物质，特别是液晶和聚合物”。
液晶材料的设计
已知大量的化合物表现出一个或几个液晶相。尽管化学成分有显著差异，但这些分子在化学和物理性质中具有一些共同特征。热液晶有三种类型：盘状，圆锥（保龄球）和棒状分子。圆盘是圆盘状的分子，由相邻芳香环的平坦核心组成，而圆锥体LC中的核心不是平坦的，但形状像米碗（三维物体）。这允许用于盘状和圆锥体LC的二维柱顺序。棒状分子具有细长的各向异性几何形状，可以沿一个空间方向进行优先排列。
- 分子形状应相对较薄，平坦或圆锥形，尤其是在刚性分子框架内。
- 分子长度应至少为1.3 nm，与许多室温液体晶体上长烷基的存在一致。
- 除了圆锥LC以外，该结构不应是分支或角度的。
- 优选低熔点是为了避免稳定的单型液体晶体相。通常，低温介导行为在技术上更有用，烷基末端群会促进这一点。
扩展，结构上的刚性，高度各向异性的形状似乎是液晶行为的主要标准，因此，许多液晶材料基于苯环。
液晶相
各种液体晶相（称为中间液与塑料晶体相）的特征是有序类型。一个人可以区分位置顺序（分子是否以任何有序的晶格排列）和定向顺序（分子是否主要指向相同的方向）。液晶的特征是定向顺序，但仅部分或完全不存在位置顺序。相比之下，具有位置顺序但没有定向顺序的材料称为塑料晶体。大多数热型LCS在高温下将具有各向同性相：加热最终将它们带入以随机和各向同性分子有序和流体样流动行为为特征的常规液相。在其他条件下（例如，温度较低），LC可能居住在一个或多个阶段，具有明显的各向异性定向结构和短期定向顺序，同时仍然具有流动能力。
液晶的顺序延伸至整个域的大小，这可能是在微米的范围内，但通常不在宏观尺度上，因为经常发生在经典的晶体固体中。但是，某些技术（例如使用边界或应用电场）可用于在宏观液晶样品中强制执行单个有序域。液晶中的定向顺序可能仅沿一个维度延伸，其材料在其他两个方向上基本上是无序的。
热液晶
热循环是在一定温度范围内发生的阶段。如果温度升高太高，热运动将破坏LC相的精致合作排序，将材料推入常规的各向同性液相。在太低温度下，大多数LC材料都会形成常规的晶体。随着温度的变化，许多热型LCS表现出多种相。例如，一种特定类型的LC分子（称为中源）可能表现出各种近晶相，然后是列相，最后随着温度升高。表现出热力学LC行为的化合物的一个示例是para-亚唑烷酶。
列阶段
最简单的液晶相是列。在列前相，Calamitic有机分子缺乏晶体位置顺序，但与它们的长轴大致相似。分子自由流动，其质量位置的中心像液体中一样随机分布，但是它们的方向被约束以形成远距离方向。
nematic一词来自希腊语νήμα （希腊语： NEMA ），意为“线”。该术语源自脱节：在列内相中观察到的线状拓扑缺陷。
列明也表现出所谓的“刺猬”拓扑缺陷。在二维中，有拓扑充电 +的拓扑缺陷 +1 / 2和-1 / 2 。由于流体动力学， + 1/2缺陷的移动速度要比-1 / 2缺陷快得多。当彼此靠近时，缺陷会吸引；碰撞后，他们消灭了。
大多数列阶段是单轴的：它们具有一个更长且首选的轴（称为Directrix），其他两个轴是等效的（可以近似为圆柱或杆）。但是，某些液晶是双轴列的，这意味着除了取向长轴外，它们还沿次级轴对方。列晶体具有与普通（各向同性）液体相似的流动性，但很容易通过外部磁场或电场对齐。对齐的夜生物具有单轴晶体的光学特性，这使得它们在液体晶体显示器（LCD）中非常有用。
非分子系统中也已知列相：在高磁场，电子在束或条纹中流动以创建物质的“电子列”形式。
近晶相
在低温下发现的近晶相比列形成了明确的层，它们可以以类似于肥皂的方式彼此滑动。 “ serectic”一词源自拉丁语“ serecticus”，意为清洁或具有类似肥皂的特性。因此，将植被沿一个方向进行定位。在近晶A相中，分子沿正常层定向，而在近晶c相中它们被倾斜。这些阶段在层中类似液体。有许多不同的近晶相，所有这些阶段的特征是不同类型和位置和定向顺序的程度。除了有机分子之外，还据报导在2-D材料或纳米片的胶体悬浮液中发生近晶序。近晶型LC的一个例子是P，p' -dinonylazozonzene。
手性阶段或扭曲的命名
手性列相表现出手性（惯用性）。该阶段通常称为胆固醇相，因为它首先是针对胆固醇衍生物的。只有手性分子才能产生这样的阶段。该阶段表现出垂直于导演的分子的扭曲，分子轴与导演平行。相邻分子之间的有限扭转角是由于它们的不对称填料引起的，这导致了较长的手性顺序。在近晶c*相（星号表示手性相）中，分子在分层结构（如其他近晶阶段中）具有位置排序，而分子则以有限的角度相对于层正常。手性从一层到另一层引起有限的方位角扭曲，从而产生沿正常层的分子轴的螺旋扭曲，因此它们也称为扭曲的nematics 。
手性螺距P是指LC分子经历完整360°扭曲的距离（但请注意，手性列相结构在每半程中重复出现，因为在该阶段的董事在0°和±180中°等效） 。螺距P，通常在温度变化或将其他分子添加到LC宿主中时会发生变化（Achiral Lc宿主材料如果用手性材料掺杂，则会形成手性相），允许给定材料的音调相应地调谐。在某些液晶系统中，音高与可见光的波长相同。这导致这些系统具有独特的光学特性，例如Bragg反射和低阈值激光发射，并且这些特性在许多光学应用中被利用。对于布拉格反射的情况，只有沿着螺旋轴入射的光，而对于倾斜的发病率，则允许最低阶反射。胆固醇液体晶体还具有独特的特性，它们沿着螺旋轴入射时会反射圆形极化的光，如果呈倾斜的话，它会反射出圆形的光。
蓝色阶段
蓝相是液晶相，它们出现在手性列相和各向同性液相之间的温度范围内。蓝色相具有几百个纳米晶格周期的缺陷的常规三维立方结构，因此它们在与立方晶格相对应的可见光的波长范围内表现出选择性的bragg反射。从理论上讲，1981年可以预测这些阶段可以具有类似于准晶体的二十面体对称性。
尽管蓝相对于快速光调节器或可调光子晶体感兴趣，但它们的温度范围非常狭窄，通常小于几个kelvins 。最近，已经证明了在包括室温（260-326 K）的60 K温度范围内的蓝相稳定。在室温下稳定的蓝色相允许响应时间为10 -4 s。 2008年5月，开发了第一个蓝相模式LCD面板。
蓝相晶体是一种周期性的立方结构，在可见的波长范围内具有带隙，可以将其视为3D光子晶体。由于产生的晶体通常是多晶（血小板结构）或单晶大小有限（在千分尺范围内），因此在大容量中产生理想的蓝相晶体仍然有问题。最近，以大体积的理想3D光子晶体获得的蓝相已经稳定并以不同的受控晶体晶格方向产生。
盘状阶段
磁盘形的LC分子可以以一种层状的方式将自己定向，称为盘状列相。如果磁盘包装成堆栈，则该相称为盘状柱子。这些柱本身可以组织成矩形或六角形阵列。还知道手性盘状相，类似于手性列相似。
锥相
锥体LC分子与盘中一样，可以形成柱状相。已经预测了其他阶段，例如非极性列表，极性列，弦乐，甜甜圈和洋葱阶段。除非非极性列除外，圆锥体相是极相。
裂解液晶
裂解液晶由两个或多个成分组成，这些成分在某些浓度范围内表现出液晶特性。在裂解相中，溶剂分子填充了化合物周围的空间，以提供系统的流动性。与热液晶相反，这些溶荧光具有另一种浓度自由度，使它们能够诱导各种不同的相。
在同一分子中具有两个不混溶的亲水和疏水部分的化合物称为两亲分子。许多两亲性分子表明，取决于亲水部分和疏水部分之间的体积平衡，呈裂解液晶相序列。这些结构是通过在纳米尺度上对两个不兼容组件的微相分离形成的。肥皂是裂解液晶的日常例子。
水或其他溶剂分子的含量会改变自组装结构。在非常低的两亲浓度下，分子将随机分散而无需任何顺序。在浓度略高（但仍然很低）的情况下，两亲分子将自发地组装成胶束或囊泡。这样做是为了“隐藏”胶束核心内两亲的疏水尾巴，将亲水性（水溶性）表面暴露于水溶液中。但是，这些球形对像在解决方案中并未订购自己。在较高的浓度下，组件将被排序。一个典型的相是六角形柱状相，其中两亲物形成长圆柱体（再次具有亲水性表面），将自己放在大致的六边形晶格中。这称为中间肥皂阶段。在更高的浓度下，可能会形成层状相（整洁的肥皂相），其中延长的两亲物的床单被薄层的水隔开。对于某些系统，在六边形和层状相之间可能存在一个立方体（也称为粘性各向同性）相，其中形成了一个球体，从而形成了一个形成密集的立方晶格的球体。这些球体也可以相互连接，形成双连续的立方相。
两亲物产生的物体通常是球形的（如胶束而言），但也可能是圆盘状的（双丝），类似杆状或双轴的（所有三个胶束轴都是不同的） 。然后，这些各向异性自组装的纳米结构可以与热液晶体几乎相同的方式订购，从而形成所有热型相的大型版本（例如棒状胶束的列相）。
对于某些系统，在高浓度下，观察到反相。也就是说，一个人可能会产生六角形柱状相（由两亲量封装的水柱）或胶束相（带球形水腔的散装液晶样品）。
从低两亲浓度到高二亲浓度的一般阶段的一般发展是：
即使在相同的阶段，它们的自组装结构也可以通过浓度来调节：例如，在层状相中，层距离随溶剂体积而增加。由于裂解液体晶体依赖于分子间相互作用的微妙平衡，因此与热液液体晶体的结构和特性更难分析其结构和特性。
在不混溶的二嵌段共聚物中可以观察到相似的阶段和特征。
冶金液晶体
液晶相也可以基于低融化的无机阶段，例如Zncl 2 ，其结构形成由四面体连接的结构，并且很容易形成玻璃。长链肥皂样分子的添加导致一系列新阶段，这些阶段显示出多种液晶行为，既是无机有机组成比和温度的函数。这类材料已被命名为冶金。
中间机的实验室分析
检测并以两种主要方法来检测并表征热的中间酶，原始方法是使用热光学显微镜，其中将一小部分材料样品放在两个交叉极化器之间。然后将样品加热并冷却。由于各向同性相不会显著影响光的极化，因此它看起来非常黑，而晶体和液晶相会以均匀的方式偏振光，从而导致亮度和颜色梯度。该方法允许特定阶段的表征，因为不同阶段由其特定顺序定义，必须观察到。第二种方法是差异扫描量热法（DSC），可以更精确地确定相变和过渡焓。在DSC中，将一个小样本加热，以相对于时间产生非常精确的温度变化。在相转换期间，维持这种加热或冷却速率所需的热流将发生变化。可以观察到这些变化，并归因于各种相变，例如关键的液晶过渡。
尽管这些实验的浓度是关键因素，但以类似的方式分析了综艺中间机，尽管这些实验更为复杂。这些实验以各种浓度的中源进行运行，以分析这种影响。
生物液晶
溶组织液晶阶段在生物系统中很丰富，该研究的研究称为脂质多态性。因此，裂解液晶在仿生化学领域引起了特别的关注。特别是，生物膜和细胞膜是液晶的一种形式。它们的组成分子（例如磷脂）垂直于膜表面，但膜是柔性的。这些脂质的形状各不相同（请参阅脂质多态性的页面）。组成分子可以轻松地间交流，但由于该过程的高能量要求，往往不会离开膜。脂质分子可以从膜的一侧翻转到另一侧，这一过程被Flippase和Floppase催化（取决于运动方向）。这些液晶膜相还可以托管重要的蛋白质，例如自由地“漂浮”内部或部分外部的受体，例如膜，例如CTP：磷胆碱细胞化溶解酶（CCT）。
许多其他生物结构表现出液晶行为。例如，蜘蛛挤出以产生丝绸的浓缩蛋白溶液实际上是液晶相。丝绸中分子的精确顺序对于其著名强度至关重要。 DNA和许多多肽，包括主动驱动的细胞骨架丝，也可以形成液晶相。还描述了细胞的单层延长细胞的单层表现出液晶行为，相关的拓扑缺陷与生物学后果有关，包括细胞死亡和挤出。共同，这些生物学的生物学应用构成了当前学术研究的重要组成部分。
矿物液晶
在矿物世界中也可以找到液晶的例子，其中大多数是裂解的。第一个发现的是Zocher于1925年的氧化钒（V）氧化物。从那时起，很少有其他人被详细发现和研究。兰格尔（Langmuir）在1938年培养了一个真正的nematic阶段，但长期以来一直是一个悬而未决的问题，但直到最近才得到证实。
随着纳米科学的快速发展以及许多新各向异性纳米颗粒的合成，这种矿物液晶的数量正在迅速增加，例如碳纳米管和石墨烯。甚至发现了一个层状相，H 3 SB 3 P 2 O 14 ，在层间距离上显示高达约250 nm的高度。
液晶中的图案形成
液晶的各向异性是在其他流体中未观察到的特性。这种各向异性使液晶的流动比普通流体的流动更为差异。例如，在两个紧密平行的板（粘性指法）之间注射液晶的通量导致分子的方向与流动，从而导致树突状模式出现。这种各向异性也表现在不同液晶相之间的界面能（表面张力）中。这种各向异性决定了在共存温度下的平衡形状，并且非常强，通常会出现。当温度改变时，其中一个阶段的生长会增长，根据温度变化形成不同的形态。由于生长受热扩散控制，因此导热系的各向异性有利于特定方向的生长，这也对最终形状产生了影响。
液晶的理论处理
由于材料密度高，这意味着强烈的相互作用，硬核排斥和多体相关性不容忽视，因此流体阶段的微观理论处理可能变得非常复杂。在液晶的情况下，所有这些相互作用的各向异性使分析更加复杂。但是，有许多相当简单的理论至少可以预测液晶系统中相变的一般行为。
导演
正如我们已经在上面看到的那样，列液晶由棒状分子组成，其长轴相邻分子的长轴相互对齐。为了描述这种各向异性结构，引入了无量纲的单位矢量N ，以代表任何点附近分子优选方向的方向。由于沿导演轴没有物理极性， n和-n是完全等效的。
订单参数
液晶的描述涉及对顺序的分析。第二等级对称的无纹状张量顺序参数用于描述最通用的双轴列液晶的方向顺序。但是，要描述单轴列液晶的更常见的情况，标量阶参数就足够了。为了进行此定量，通常根据第二Legendre多项式的平均值来定义方向订单参数：
液晶样品的体积元素中的“首选方向”（也代表其局部光学轴）之间的液体 - 晶体分子轴和局部主管之间的角度在其中。支架既表示时间平均水平和空间平均值。此定义很方便，因为对于完全随机和各向同性样品，S = 0，而对于完美对齐的样品s = 1。对于典型的液晶样品，S处于0.3至0.8的阶，并且通常随着温度升高而降低。特别地，当系统从LC相转变为各向同性相时，观察到阶参数的急剧下降到0。订单参数可以通过多种方式进行实验测量；例如，可以使用Diamagnetism，Birefringence，Raman散射，NMR和EPR来确定S。
液晶的顺序也可以通过使用其他偶尔的多项式（所有奇数多项式为零）来表征，因为主管可以指向两个反平行方向中的任何一个）。这些高阶平均值更难测量，但可以产生有关分子订购的其他信息。
位置顺序参数还用于描述液晶的排序。它的特征是沿给定载体的液体晶体分子质量中心的密度变化。在沿z轴的位置变化的情况下，密度通常由以下方式给出：
复杂的位置参数定义为平均密度。通常，仅保留前两个术语，并且忽略了高阶项，因为可以使用正弦函数充分描述大多数阶段。对于完美的列表和近晶阶段，将具有复杂的值。该顺序参数的复杂性质允许在列神经到近晶相变和导体到超导体跃迁之间的许多相似之处。
OnSager硬杆模型
一个预测裂解相变的简单模型是Lars Onsager提出的硬杆模型。该理论认为，当它接近另一个理想的圆柱体的质量中心中所排除的体积。具体而言，如果气缸是彼此平行的，则很少有体积从接近的圆柱体的质量中心排除在外（它可以非常接近另一个圆柱体）。但是，如果圆柱体彼此之间有一定角度，那么圆柱体周围有大量的圆柱体，接近的圆柱体的质量质量无法进入（由于两个理想化的物体之间的硬杆排斥）。因此，这种角度的排列看到接近圆柱体的净位置熵有所下降（可用的状态较少）。
这里的基本见解是，尽管各向异性物体的平行排列导致定向熵的减少，但位置熵的增加。因此，在某些情况下，更大的位置顺序将在熵上有利。因此，该理论预测，杆状物体的溶液将在足够浓度的情况下经历列相的相变。尽管该模型在概念上是有帮助的，但其数学表述做出了几个假设，可将其适用性限制在实际系统中。
maier – aupe平均田野理论
Alfred Saupe和Wilhelm Maier提出的这一统计理论包括来自相邻杆状液晶分子之间诱导的偶极矩的有吸引力的分子间电位的贡献。各向异性吸引稳定相邻分子的平行比对，然后该理论考虑了相互作用的平均水平。该理论是自以为是的，可以预测嗜热诺神经 - 异位相变，与实验一致。 Maier-Saupe平均场理论通过结合分子的弯曲刚度并使用聚合物科学中的路径积分方法扩展到高分子量液晶。
麦克米兰的模特
威廉·麦克米兰（William McMillan）提出的麦克米兰（McMillan）模型是用于描述液晶从列中到晶状体A相的液晶相变的Maier -Saupe平均场理论的扩展。它预测，根据分子之间短距离相互作用的强度，相变可能是连续的或不连续的。结果，它允许一个三重临界点，在列中，各向同性和近晶相遇。尽管它预测了三重临界点的存在，但它无法成功预测其价值。该模型利用两个描述液晶的方向和位置顺序的阶参数。第一个仅仅是第二个Legendre多项式的平均值，第二阶参数由以下方式给出：
值z i ， θi和d是分子的位置，分子轴和导演之间的角度以及层间距。单个分子的假定势能由：
这里常数α量化相邻分子之间相互作用的强度。然后，该电势用于推导系统的热力学特性，假设热平衡。它产生了两个必须以数值求解的自符抗性方程，其溶液是液晶的三个稳定阶段。
弹性连续理论
在这种形式主义中，液晶物质被视为连续性。分子细节被完全忽略。相反，该理论认为对定向样本的扰动。液晶的扭曲通常由坦率的自由能密度描述。一个人可以识别出在定向样本中可能发生的三种类型的扭曲：（1）材料的曲折，其中相邻分子被迫彼此倾斜，而不是对齐； （2）材料的张开，弯曲发生垂直于董事； （3）材料的弯曲，其中失真与导演和分子轴平行。这三种类型的扭曲都会遭受能量惩罚。它们是由域壁或封闭容器的边界条件引起的扭曲。然后，材料的响应可以根据对应于三种类型的扭曲的弹性常数分解为术语。弹性连续理论是建模液晶器件和脂质双层的有效工具。
外部影响液晶
科学家和工程师能够在各种应用中使用液晶，因为外部扰动会导致液晶系统的宏观特性发生重大变化。电场和磁场均可用于诱导这些变化。田地的大小以及分子对齐的速度是行业所涉及的重要特征。特殊的表面处理可以在液晶设备中使用，以迫使导演的特定取向。
电场效应
主管沿外场对齐的能力是由分子的电性质引起的。当分子的一端具有净正电荷而另一端的净负电荷时，会产生永久性电偶极子。当将外部电场施加到液晶上时，偶极子分子倾向于沿场的方向定向。
即使分子不形成永久性偶极子，它仍然会受到电场的影响。在某些情况下，该场在分子中产生电子和质子的轻微重新排列，从而诱导的电偶极子。虽然不如永久偶极子那么强，但仍会发生与外场的方向。
任何系统对外部电场的响应是
在哪里，是电场的组成部分，电位移场和极化密度。系统中存储的每卷的电能是
（对双重出现索引的求和）。在列液晶体中，极化和电位移都线性取决于电场的方向。由于液晶是在反射下不变的，因此偏振也应在主管中。表达最通用的形式是
（对索引的总和）与电动介电常笔平行并垂直于董事。那么能量的密度是（忽略不影响系统动力学的常数术语）
（总结）。如果是正，则在和平行时实现了能量的最小值。这意味着系统将有利于将液晶与外部施加的电场对齐。如果是负的，则在垂直于垂直时达到最小能量（在近代中，垂直方向是退化的，从而使涡流的出现可能出现）。
该差异称为介电各向异性，是液晶应用中的重要参数。有商业液晶。 5CB和E7液晶混合物是通常使用的两个液晶。 MBBA是一种常见的液晶。
磁场对液晶分子的影响类似于电场。因为磁场是通过移动电荷产生的，所以通过围绕原子移动的电子产生永久性磁性偶极子。当应用磁场时，分子将倾向于与该场保持一致。电磁辐射，例如紫外可见光，可能会影响光响应性的液晶，主要含有至少携带光子切换的单元。
表面准备
在没有外场的情况下，液晶的主任可以自由指向任何方向。但是，有可能通过向系统引入外部代理来迫使董事指向特定方向。例如，当薄聚合物涂层（通常是聚酰亚胺）散布在玻璃基板上并用布在单个方向上摩擦时，可以观察到与该表面与摩擦方向对齐的液晶分子。当前接受的机制被认为是在聚酰亚胺的近表面层中部分排列的聚合物链上液晶层的外延生长。
几种液晶化学物质也与“指挥表面”保持一致，这又与偏振光电场对齐。这个过程称为光电。
Fréedericksz过渡
表面锚定和电场效应产生的方向之间的竞争通常在液晶设备中被利用。考虑液晶分子平行于表面并施加垂直于细胞的电场的情况。首先，随着电场的增加，对齐不变。然而，在电场的阈值大小，发生变形。发生变形发生，导演将其方向从一个分子更改为下一个分子。从对齐到变形状态的这种变化的发生称为Fréedericksz跃迁，也可以通过应用足够强度的磁场来产生。
Fréedericksz跃迁过渡是许多液晶显示器的运行基础，因为董事方向（因此属性）可以通过磁场的应用轻松控制。
手性的影响
如前所述，手性液晶分子通常会产生手性中间体。这意味着该分子必须具有某种形式的不对称性，通常是立体源性中心。另一个要求是该系统不是外消旋的：右手和左手分子的混合物将取消手性效果。然而，由于液晶有序的合作性，在原本较高的中间相中，少量的手性掺杂剂通常足以选择一个域的握手，从而使系统整体手性。
手性相通常具有分子的螺旋扭曲。如果这种扭曲的音调是在可见光的波长的顺序上，则可以观察到有趣的光学干扰效应。手性LC阶段发生的手性扭曲也使系统与右手和左旋圆形光的响应不同。因此，这些材料可以用作极化过滤器。
手性LC分子有可能产生基本的幼儿节。例如，在某些浓度和分子量的范围内，DNA将形成一个精神线的示象相。最近的一个有趣的观察结果是从ACHIRAL LC分子形成手性中间酶。具体而言，已证明弯曲核分子（有时称为香蕉液晶）形成手性的液晶相。在任何特定的样本中，各个领域都将具有相反的撇号，但是在任何给定的域内，都会存在强烈的手性秩序。这种宏观手性的外观机制尚不完全清楚。看来该分子分层堆叠，并以倾斜的方式将自己定向。这些液晶相可能是铁电或抗铁电的，这两种都对应用感兴趣。
手性也可以通过添加手性掺杂剂来纳入一个阶段，这可能不会形成LCS本身。扭曲的nematic或超吐列型混合物通常包含少量的这种掺杂剂。
液晶的应用
液晶在液晶显示器中发现了广泛的用途，这些液晶显示在存在或不存在电场的情况下依靠某些液晶物质的光学特性。在典型的设备中，液晶层（通常为4μm厚）位于两个交叉的极化器之间（在90°相互定向）。选择液晶比对，使其放松相是扭曲的相（请参阅扭曲的列型场效应）。这种扭曲的相位重新启动的光已经通过了第一个偏振器，从而使其通过第二个偏振器的传输（如果提供了反射器，则反射回观察者）。因此，该设备看起来透明。当将电场应用于LC层时，长分子轴倾向于平行于电场对齐，从而逐渐在液体晶体层的中心不弯曲。在这种状态下，LC分子没有重新定向光，因此在第二个偏振器处吸收了第一个偏振器处的光，并且该设备随着电压的增加而失去透明度。这样，电场可用于在命令上透明或不透明之间进行像素开关。颜色LCD系统使用相同的技术，其颜色过滤器用于生成红色，绿色和蓝色像素。手性晶状体液体晶体用于快速切换的二元光调节剂的铁电LCD中。类似的原理可用于制造其他基于液晶的光学设备。
热性手性LCS的音高随温度差异很大，可以用作粗液晶温度计，因为随着音高的变化，材料的颜色将变化。液晶颜色转变用于许多水族馆和泳池温度计以及婴儿或浴室的温度计。拉伸或压力时，其他液晶材料会改变颜色。因此，液晶片通常用于行业来寻找热点，地图热流，测量应力分布模式等。流体形式的液晶用于检测到半导体行业的故障分析的电点。
液晶透镜通过用施加的电压或温度调节液晶层的折射率来收敛或分解入射光。通常，液晶透镜通过排列分子取向产生抛物线折射率分布。因此，通过液晶透镜将平面波重塑为抛物线波前。当可以正确调整外部电场时，液晶透镜的焦距可以连续调谐。液晶镜片是一种自适应光学元件。成像系统可以受益于重点校正，图像平面调整或更改焦点或深度焦点的范围。液晶晶状体是开发近视和长老会的视觉校正设备的候选者之一（例如，可调眼镜和智能隐形眼镜）。作为光相调节器，液晶透镜具有空间变化的光路径长度（即光路径长度作为其瞳孔坐标的功能）。在不同的成像系统中，光路径长度的所需功能因一个而异。例如，要将平面波收集到衍射有限的斑点，对于物理液体晶体结构，液晶层的折射率应在近后近似下是球形或抛物面。至于投射图像或传感对象，可以预期它的液晶透镜具有在其感兴趣光圈上的光路长度的非球形分布。具有可调折射率的液晶镜头（通过解决液晶层上不同幅度的电场）具有实现光路长度的任意功能的潜力，以调节传入的波前。当前的液晶自由形元素从具有相同光学机制的液晶镜头延伸。液晶镜头的应用包括Pico-Projectors，处方镜片（眼镜或隐形眼镜），智能手机相机，增强现实，虚拟现实等。
液晶激光器在激光介质中使用液晶作为分布式反馈机制，而不是外反射镜。由液晶的周期性介电结构产生的光子带隙处的发射可为低阈值高输出设备具有稳定的单色发射。
聚合物分散的液晶（PDLC）板和卷可用作粘合剂后背智能膜，可应用于窗户，并在透明和不透明之间进行电动切换以提供隐私。
实际上，许多常见的液体（例如肥皂水）都是液晶。肥皂根据其在水中的浓度而形成各种LC相。
液晶膜彻底改变了技术世界。目前，它们用于最多样化的设备，例如数字时钟，手机，计算机和电视。在光学记忆设备中使用液晶膜，可能可以使用类似于CD和DVD的记录和读取的过程。
液晶还被用作基本技术，用于模仿量子计算机，使用电场操纵液晶分子的方向，存储数据并与其他分子的每个不同程度的未对准”编码一个不同的值。