Anlage für Klein- und Weitwinkelstreuung (SAXS/WAXS und GISAXS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Klein- und Weitwinkelstreugerät ist von großer Bedeutung für die Strukturaufklärung von weichen Materialien, wie z.B. Flüssigkristallen oder Gelen, sowie für die Charakterisierung von mesoporösen Feststoffen. Hierbei sind Informationen über die Morphologie der Materialien im Größenbereich zwischen 0.35 nm bis über 100 nm wichtig. Auf dem Gebiet der Flüssigkristalle (LC) und Gele wurde das Gerät bei unterschiedlichen Distanzen (Wide Angle XS (WAXS), Middle Angle XS (MAXS), Small Angle XS (SAXS)), Aufbauten (GISAXS, gekippter Detektor) und variablen Temperaturen eingesetzt. Über Wasserstoffbrücken selbstassozierte Perylenbisimide konnten erstmals in kolumnare flüssigkristalline Ordnung organisiert werden, welche aufgrund ihrer J-Kopplung als besonders aussichtsreiche Photonikmaterial nun in verschiedenen Kooperationen mit Physikern untersucht werden. Für amphiphile Perylenbisimide konnte gezeigt werden, dass diese je nach Wassergehalt und Temperatur Hyrogele bzw. lyotrope Flüssigkristalle ausbilden. Anthracenmesogene bilden komplexe neuartige dreidimensional korrelierte Flüssigkristalle, deren Fluoreszenz- und Flüssigkristallverhalten photochemisch geschaltet werden kann. Umfangreiche temperaturabhängige Studien in den unterschiedlichen Phasen sowie in der photochemisch geschalteten isotropen Phase haben zum Verständnis der variablen Excimerenfluoreszenz geführt. Sternförmige Mesogene mit Anthrachinon und Anthracenchromophoren und verschiedenen peripheren inkompatiblen Gruppen resultieren in kolumnaren LC Phasen, deren Lumineszenz unterschiedlich effizient gelöscht wird. Die strukturellen Daten, die mittels SAXS und WAXS erhalten wurden, halfen dieses Verhalten über die räumliche Nähe von Anthracen und Anthrachinonbausteinen zu verstehen. Dies ist der erste experimentelle Beweis für das Falten von sternförmigen Oligobenzoatmesogenen zu E-förmigen Konformeren. Die SAXS Anlage war weiterhin für grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der niedermolekularen Flüssigkristalle für photovoltaische Anwendungen von Bedeutung. Umfassende Röntgendaten von Oligophenylenvinylen-Sternmesogenen, die in ihren Zwischenräumen Fullerene über Abstandshalter gebunden haben, belegen, dass die Fullerene eine Tripelhelix ausbilden, die die Mesophase um über 75 °C gegenüber der fullerenfreien Verbindung stabilisiert. SAXS und WAXS wurden des Weiteren in Kooperationen zur Strukturaufklärung von neuen kolumnaren flüssigkristallinen n-Halbleitern, Trihexaazatriphenylene (tri-HAT) und fluoreszierenden diskotischen Triphenyltristriazolotriazines, genutzt. In Kooperation mit einer chilenischen Arbeitsgruppe wurde die Anisotropie eines polymerisierten Films (Elektropolymerisation) von smektischen Mesogenen in dünnen Filmen mit der GISAXS Technik aufgeklärt, was hilft den Prozess der Herstellung anisotroper Polymerfilme zu verstehen. Umfangreiche Studien wurden an flüssigkristallinen formtreuen, hexasubstituierten Mesogenen mit Benzolkern durchgeführt. Diese Mesogene besitzen alternierende stilbenoide Arme und Pyridylbausteine, die Gäste binden können. Hierbei wurde nicht nur die temperaturabhängige doppelhelikale Struktur des Endorezeptors aufgeklärt und der Einbau von drei Gäste in die Kavitäten des Rezeptors in der Flüssigkristallphase belegt, sondern auch die Mesophasenstabilität mittels Wirt-Gast Mischungen kontrolliert. In weiteren Arbeiten wurden Teilchen- und Porengröße von mesoporösen diamantgefüllten Aerogelen, die als Superkondensatoren eingesetzt werden sollen, erfolgreich studiert. Schließlich wurde die Struktur eines porösen zweidimensionalen kovalent organischen Netzwerks aus Porphyrin und Diketopyrrolopyroll-Farbstoffen studiert. Mit Hilfe der MAXS Daten und Modellierung wird aktuell die Struktur dieses Materials aufgeklärt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of the peripheral alkyl chains length on the mesomorphic properties of electron acceptor πextended HAT derivatives. Synthetic Metals 2014, 195, 222–227
Rafael Juárez, Mar Ramos, Matthias Lehmann, José L. Segura
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3,5-Dialkoxy Substituted Triphenyltristriazolotriazines: Fluorescent Discotic Liquid Crystals. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2015, 610, 89–99
Thorsten Rieth, Stefan Glang, Dorothee Borchmann, Heiner Detert
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A Perfect Match: Fullerene Guests in Star-Shaped Oligophenylenevinylene Mesogens. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4110 –4114
Matthias Lehmann, Markus Hügel
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At the Limits of Liquid Crystallinity: Stimuli Responsive 3D Columnar Liquid Crystals and Soft Crystals of Supramolecular Anthracene Mesogens. - Chem. Mater.
Matthias Lehmann, Steffi Gloza, Sabine Roth
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ingle-Crystal Field-Effect Transistors of New CI2- NDI Polymorph Processed by Sublimation in Air. Nat. Commun. 2015, 6, 5954
T. He, M. Stolte, C. Burschka, N. H. Hansen, T. Musiol, D. Kälblein, J. Pflaum, X. Tao, J. Brill, F. Würthner
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Shape-Persistent, Sterically Crowded Star Mesogens: From Exceptional Columnar Dimer Stacks to Supermesogens. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9710–9714
Matthias Lehmann, Philipp Maier
