Faza smektyczna

Schematyczny obraz fazy SmA

Faza smektyczna – rodzina faz ciekłokrystalicznych, których charakterystyczną cechą jest uporządkowanie cząsteczek w warstwach. Ponadto cząsteczki w warstwach są względem siebie uporządkowane, układając się równolegle swoimi dłuższymi osiami. Oś, wzdłuż której następuje uporządkowanie cząsteczek w warstwach, jest nazywana direktorem.

W niektórych typach fazy smektycznej występuje też dodatkowe ułożenie cząsteczek w warstwach, w formie dających się wyróżnić struktur heksagonalnych, ortogonalnych i innych.

Podział

Faza SmA

Fazy smektyczne podzielić można na dwa sposoby. Po pierwsze, względem stopnia uporządkowania cząstek:

• smektyki cieczopodobne – brak uporządkowania molekuł w warstwach (poza uporządkowaniem środków ciężkości) np.: SmA, SmC
• smektyki kryształopodobne – wykazujące pozycyjne ułożenie molekuł w warstwie np.: SmB (ułożenie heksagonalne), SmH, SmG, SmE.

Podział ten jednak jest nieco sztuczny, gdyż w istocie stopień uporządkowania cząsteczek w fazach smektycznych (których jest łącznie kilkadziesiąt) zmienia się płynnie od układów bardziej cieczopodobnych do bardziej kryształopodobnych.

Faza SmC

Drugi podział wynika z orientacji warstw smektycznych względem direktora, tj. linii

• smektyki ortogonalne: direktor jest prostopadły do powierzchni warstw (SmA, SmB, SmE)
• smektyki pochylone (nieortogonalne) direktor przecina powierzchnie warstw pod kątem innym niż 90° (SmC, SmG, SmH); nazwa pochodzi od tego, że w fazach tych, prętopodobne cząsteczki są „pochylone” w warstwach, w stosunku do płaszczyzny warstw.
• smektyki „skręcone” (SmC*, SmG*, SmH*) – są to smektyki pochylone, w których kąt pochylenia zmienia się przy przechodzeniu z warstwy do warstwy, co powoduje, że direktor nie jest linią prostą lecz helisą; zdolność tworzenia smektyków skręconych posiadają cząsteczki chiralne.

Tekstury mikroskopowe

Jak wszystkie ciekłe kryształy, również smektyki tworzą charakterystyczne dla siebie tekstury, które można obserwować za pomocą mikroskopu polaryzacyjnego. Na podstawie tekstury można w przybliżeniu ustalić jaki rodzaj mezofazy smektycznej generuje badana próbka.

Przykłady:

Faza SmA generuje zwykle teksturę „kroplową” w której widać drobne sferyczne obiekty, przypominające wydłużone krople wody

Faza SmB generuje zwykle teksturę „batonetową”, w której występują długie struktury przypominające ostrza bagnetów

Faza SmC* generuje zwykle strukturę „wachlarzową”, w której występują różnokolorowe obiekty przypominające wachlarze

Zastosowania

Materiały generujące fazy SmA i SmB posiadają unikalne własności rozdzielcze i z tego względu są stosowane jako fazy stacjonarne w chromatografii gazowej, HPLC i jako półprzepuszczalne membrany.

Zorientowane w polu magnetycznym lub mechanicznie materiały generujące fazy SmC* posiadają własności ferromagnetyczne i piromagnetyczne. Są szczególnie przydatne w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych oraz jako generatory wyższych harmonicznych światła w optyce nieliniowej.

Bibliografia

• J.W. Goodby, G.W. Gray, Handbook of Liquid Crystals, Wiley-VCH, 1998.
• S. Chandrasekhar. Liquid Crystals, wyd. 2, Cambridge Univ Pr Published, 1993.
• P.G de Gennes, J. Prost, The Physics of Liquid Crystals, Claredon Press 1993.