Смектические кристаллы также обладают слоистой структурой (см. рис.
85, в). Но толщина их слоев в сто раз меньше, чем у холестерических
кристаллов, и приблизительно равна длине молекулы (0,002 ...0,004 мкм).
Из всех жидких кристаллов смектические наиболее близки по своим
свойствам к твердым кристаллам. Типы смектических кристаллов
обозначаются буквами латинского алфавита - А, В, С, Д, Е и т. д. Каждому
типу присущ определенный порядок в расположении молекул. В кристаллах
типа А (рис. 86, а) длинные оси молекул ориентированы перпендикулярно
плоскости слоя. Подобно жидкости, кристалл легко течет вдоль слоев.
Часто можно наблюдать любопытное явление: капли кристалла, нанесенные на
поверхность стекла, начинают слоиться. Под воздействием вибрации
отдельные слои свободно скользят относительно друг друга. Так ведет себя
слюда, если к ней приложить силу вдоль слоев. Но в перпендикулярном
направлении в кристалле проявляется свойство твердого вещества -
упругость. Поместим кристалл между двумя стеклянными пластинами и
попытаемся растянуть его, потянув пластины в противоположные стороны.
Слои искривятся, а шаг их увеличится (рис. 86, б). Если посмотреть на
кристалл через микроскоп, то можно ясно увидеть мелкую рябь. Однако
растяжение не может продолжаться бесконечно, так как в конце концов слои
оторвутся друг от друга.
При сжатии кристалла вдоль слоев образуется <гармошка>. Для этого не
обязательно прикладывать механическое усилие. Достаточно разогреть
кристалл, осветив его вдоль слоев лучом лазера, а затем резко охладить.
Если пропустить сквозь <гармошку> монохроматический свет, то на экране
можно увидеть чередование темных и светлых полос, т. е. деформированный
кристалл действует как дифракционная решетка.
Некоторые кристаллы типа А ведут себя необычно при охлаждении. Согласно
закону термодинамики при нагревании вещества плавятся, а при охлаждении
- затвердевают. Но эти кристаллы являются исключением из правил. При
медленном охлаждении периодическое расположение слоев исчезает, и
кристалл из смектического переходит в нематическое состояние, т. е.
происходит плавление кристалла. Не правда ли, парадоксально - плавление
при охлаждении? Конечно, не всякий кристалл может обладать подобным
свойством, так как необходимы особые типы
молекул. Те же кристаллы способны расплавиться в нематические даже при
постоянной температуре, если их подвергнуть сильному сжатию.
Любопытен обратный процесс - переход кристалла из нематического
состояния в смектическое. В момент перехода небольшой участок кристалла
облучим лазером. Этот участок помутнеет, а необлученный кристалл
останется прозрачным. Рентгеновские исследования показали, что на
облученном участке смектические слои изогнуты. Они интенсивно рассеивают
свет, вызывая помутнение кристалла. Запомните это свойство, так как мы
еще вернемся к нему при описании ряда устройств.
Интересно и другое свойство: при облучении кристалла светом точки его
фазовых переходов изменяются. Был проделан такой опыт. Жидкий кристалл,
нагретый до изотропного состояния, облучили светом. Каких-либо заметных
изменений при этом не произошло - раствор по-прежнему оставался
изотропным. Затем его охладили. Оказалось, что температура перехода из
изотропного состояния в жидкокристаллическую фазу облученных и
необлученных участков неодинакова. Это явление наблюдалось не только у
смектических кристаллов. Как все жидкокристаллические среды,
смектические кристаллы анизотропны. Они имеют одну оптическую ось,
направленную вдоль длинных осей молекул. При искривлении слоя ось также
поворачивается.
Рис. 86. Смектический кристалл типа А: а -
внешние силы отсутствуют: б - растяжение кристалла силой F, О -
оптическая ось кристалла
В кристаллах типа В молекулы внутри слоя более упорядочены. Они
образуют плотную гексагональную упаковку (рис. 87). Структура напоминает
кристаллическую решетку твердого вещества. Но притяжение между соседними
смектически-ми слоями слабое, поэтому кристалл очень пластичен. По своим
свойствам он напоминает графит.
Кристалл типа С также имеет слоистую структуру (см. рис. 83, в), однако
длинные оси молекул и оптическая ось кристалла наклонены по отношению к
плоскости слоя. Подобную структуру имеют и кристаллы типа F, но они
более вязки. Покосившиеся молекулы в них собираются группами; они также
могут <плыть> вдоль слоев, как отдельные молекулы в кристаллах типа С,
но не с такой легкостью.
При всем разнообразии черт рассмотренные жидкие кристаллы имеют одно
общее свойство - их получают нагреванием твердых веществ.
Рис. 87. Гексагональная структура смектического
кристалла типа В