什么是溶致

作者:物理

  溶致液晶是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。是在溶液中溶质分子浓度处于一定范围内时出现液晶相。它的溶剂主要是水或其它极性分子液剂。溶致液晶中的长棒形溶质分子的长宽比大约在15左右。这种液晶中引起分子排列长程有序的主要原因是溶质与溶剂分子之间的相互作用,而溶质分子之间的相互作用是次要的。生物膜具有溶质液晶的特征。

  根据分子的几何形状,双亲分子有两种类型,一种以脂肪酸盐为代表,例如硬脂酸钠(C17H35COONa),其中亲水部分是—COONa,它连接在疏水的烃链上,在分子中形成一个极性“头”和一个疏水“尾”(图12a),另一种类型是具有特殊生物意义的类脂,例如磷脂(图12b),图中R和R″代表烃链,一般含有14-18个碳原子,分子中亲水的极性头连接在两条疏水尾上,这两条疏水链通常彼此并排列。 双亲分子互相缔合可以使体系具有最小的自由能。缔合时,非极性部分通过Van der Waals力相互结合,极性部分通过静电引力相互作用。双亲分子在水溶液中缔合的最基本的聚集态有三种,即层状结构、球形结构和圆柱形结构。图13a所示的是层状结构,双亲分子作平面排列,分子的的疏水尾位于双层的内部,亲水的极性头位于外面,双层内的烃链可以移动,在较低的温度时,具有类流体的性质,这种层状结构与热致液晶相十分相似。在球形和圆柱形(图13b和c)结构中,亲水头互相缔合排列于聚集体的外围。球形和圆柱形结构是胶团的两种形式,在水溶液中,当没有任何外力存在时,双亲分子堆积成球形结构,降低了极性头之间的推斥作用,当胶团溶液浓度增加时,体系的稠密性使球形变成圆柱胶团。在烃溶液中,由于双亲分子的缔合作用,可以出现图14所示的反球形和反圆柱形结构。在这些反结构中,亲水头位于球和圆柱体的内部,而疏水尾则伸向外面。 多数溶致液晶具有层状结构,称为层状相。在这种结构内,各层中,分子的长轴互相平行并且垂直于层的平面,双亲分子层彼此平行排列并被水层分隔。层状相与热致液晶的近晶A相很相似,二者都呈现出焦锥织构、扇形织构和细小的镶嵌织构。层状相是单轴晶体,其光轴垂直于层的平面,如果烃链中C-C链垂直于层的平面,那么光学双折射是正,而带支链的双亲分子的层状相则可呈正或负的双折射。光亮、圆滑的条纹和假各向同性结构也常见。当双亲分子浓度减少,即水的浓度增加时,双亲分子与水接触的面积增大,溶致液晶的层状结构变成为由球状胶团组成的立方结构;它具有立方的对称性,光学上呈各向同性的中间相。立方相体系中的水含量继续增多时,体系结构将转变为由柱形胶团组成的六方相结构。这些分子平行地“躺”在六角晶格上。在生物体内有许多类似的结构,最典型的是细胞膜结构。

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