高分子與軟物質結構

層列相(smectic phase)

/ SMEK-tik /

層列相是比向列相更朝晶體邁進一步的液晶。它的分子不僅朝同一方向(如向列相),還把自己分成一層層分明的層,像整齊的一副撲克牌或一疊紙。每一層內分子仍能像液體般滑動,整層也能彼此滑過,所以材料仍會流動——但它是成片地流。名字來自希臘文 smegma(肥皂):帶皂感的層狀層列織構最早是在肥皂的油膩相中觀察到的。

就結構而言,層列相保留向列相的取向有序,並加上一維位置有序:分子中心排成等間距的層(沿層堆疊方向重複的週期性密度),同時在每層內仍像液體。它有好幾種。在層列 A 相中,指向矢垂直於層;在層列 C 相中,指向矢在每層內傾斜一個角度。層間距大約是一個分子長度,而因為那個間距是真正的週期性,它會產生一個尖銳的小角度 X 光繞射峰——這是把層列相與沒有此峰的向列相區分開來的乾淨方法。層列相位於向列相(只有取向)與真正晶體(取向加完整三維位置有序)之間:它有取向加一維分層,但對分子在自己層內坐哪裡沒有秩序。

層列相既是秩序階梯上的一階、也在元件中有用。因為層列相已有層,它的分子更受約束、更頑強地維持秩序。傾斜的層列 C 相若由手性分子構成(層列 C* 相),就成為鐵電:它帶有可切換的電極化,翻轉速度遠比向列相重新取向快,這被用於快速鐵電 LCD。層列分層也正是脂質雙層與細胞膜所用的同一種構造,所以層列相是顯示科學與生命物質結構之間的橋樑。

把一個棒狀液晶從向列相往下冷卻,在某個溫度會突然出現一個小角度 X 光峰:分子已排成約一個分子厚的層,那個尖峰就是這層間距的繞射。材料仍像油膩流體般流動,層滑過層——但這個新的週期性明確標示它是層列相、而非向列相。

層列相是分層的液晶:取向加上一維的層,產生尖銳的小角度 X 光峰。

層列相仍會流動(層彼此滑過),所以它是液晶、不是固體。使它有別於向列相的是分層——層列相有一維位置有序,而向列相沒有。

又称
smectic liquid crystallayered liquid crystal近晶相層列型液晶