Quasi-Elastic Light Scattering Study of Highly Swollen Lamellar and "Sponge" Phases

(Received 19 November 1996, received in final form 18 February 1997, accepted 20 February 1997)

Abstract
We investigate experimentally, using quasi-elastic light scattering the dynamical properties of highly swollen lamellar and "sponge" phases. In our system the structural sizes - smectic period for lamellar phases or characteristic cell size for "sponge" phases - may be changed continuously by adding solvent up to scales of the order of optical wavelengths, i.e. several thousand Å. We observe the usual hydrodynamic behaviour, with monoexponential relaxation in time and q² scaling in reciprocal space when working with moderately dilute systems. At higher dilutions, the behaviour is no longer hydrodynamic: a q³ universal scaling is observed for both lamellar and "sponge" samples, with stretched-exponential relaxation in time and universal exponents for unoriented lamellar or "sponge" samples. The undulation mode is identified in our data on oriented lamellar phases, both in its hydrodynamic limit and beyond, which leads to a measurement of the bilayer bending modulus . A tentative interpretation is given for our data on "sponge" phases, also leading to an estimate for .

Résumé
Nous étudions expérimentalement, par diffusion quasi-élastique de la lumière, les propriétés dynamiques de phases lamellaires et "éponge" très diluées. Les dimensions structurales - période smectique en phase lamellaire, taille caractéristique de la cellule en phase "éponge" - peuvent être accrues de façon continue, par adjonction de solvant, jusqu'à atteindre des échelles de plusieurs milliers d'angströms, c'est-à-dire comparables à la longueur d'onde de la lumière. Avec des échantillons de dilution moyenne nous observons le comportement hydrodynamique habituel : relaxation temporelle mono-exponentielle et loi de puissance en q² dans l'espace réciproque. Aux dilutions plus élevées, le comportement n'est plus hydrodynamique : une loi de puissance en q³ est observée en phase lamellaire comme en phase "éponge" ; la relaxation temporelle suit une loi en exponentielle étirée, avec un exposant universel pour les phases lamellaires non orientées et les phases "éponge". Le mode d'ondulation est identifié, dans sa limite hydrodynamique et au-delà, à partir de nos données sur les phases lamellaires orientées ce qui donne lieu à une mesure du module d'élasticité de courbure de la bicouche. Nous proposons une interprétation de nos données en phase "éponge" conduisant également à une estimation de .