Synthese und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Sterndiaden und Triaden als neuartige, gefüllte Flüssigkristalle

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Lehmann
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317672849

Formtreue dreiarmige Oligo(phenylenvinylen)-Sternmesogene bilden trotz ihres freien Volumens zwischen den linearen Armen kolumnar flüssigkristalline Mesophasen. Die Verknüpfung der Oligo(phenylenvinylen)arme dieser Sternmesogene (Donoren) mit Fullerenbausteinen (Akzeptoren) mittels flexiblen Abstandshaltern (Spacern) zu Donor-Akzeptor-Diaden füllt diese Freiräume. Diese Moleküle selbstorganisieren in gefüllten kolumnaren Mesophasen mit nanosegregierten Donor- und Akzeptorstrukturen. Die Strukturkontrolle soll über unterschiedliche Spacerlängen, Verknüpfungspositionen, verschieden lange, konjugierte, stilbenoide Arme und periphere flexible Ketten erreicht werden. Klärtemperaturen unter 200 °C werden mit peripheren Oligo(ethylenoxy)- oder verzweigten Ketten realisiert. In Erweiterung dieses Konzepts werden Stilbenarme mit und ohne kovalent gebundene Fullerengäste auch an Porphyrin- und Phthalocyaninkerne geknüpft und damit Sternmesogentriaden erhalten. Die Materialstrukturen werden mittels Röntgenstreumethoden, UV-Vis- und Fluoreszenz-Spektroskopie in Lösung und flüssigkristalliner Phase untersucht. Die Ergebnisse erlauben das Erstellen von Modellen mittels des Programmpakets Materials Studio und führen damit zum genauen Verständnis der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Die Dichte Packung der Donor- und Akzeptor-Chromophore in einer Kolumne kann den raschen Transport der Ladungen zu den Elektroden einer Zelle ermöglichen, falls die Kolumnen homöotrop zwischen ihnen orientiert werden können. Die Materialsysteme sind daher bezüglich ihrer photovoltaischen (PV) Eigenschaften von großem Interesse. Ladungstrennung und Transport werden optimiert, nicht nur durch synthetisch maßgeschneiderte Donor-Akzeptor-Mesogene, sondern auch durch das Mischen von Sterntriaden mit vier Fullerenbausteinen mit Sternen ohne Fullerene und geeignet funktionalisierten Fullerengästen. Der Einsatz von peripheren Oligo(ethylenoxy)ketten verspricht hierbei eine Erhöhung der relativen Dielektrizitätskonstanten der Volumenphase und unterstützt damit die Ladungstrennung. Der Flüssigkristallzustand wird genutzt, um die Kolumnen in dünnen Schichten optimal zu orientieren. In Kooperation mit Prof. Grelet (Bordeaux) werden anschließend Flüssigkristall-PV-Zellen hergestellt und ihre photovoltaischen Eigenschaften untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen