Design, Synthese und Charakterisierung superkomplexer Nanostrukturen flüssigkristalliner selbstorganisierter molekularer Stäbchen in Frank-Kasper Phasen

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Tschierske
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392435074

Frank Kasper Phasen sind dichte Tetraederpackungen von Kugeln und spielen bei Metallegierungen eine signifikante Rolle. In diesen stellen die Metallatome Kugeln dar, welche sich über elektrostatische und Orbitalwechselwirkungen ordnen. In jüngerer Zeit wurden Frank Kasper Phasen aber auch auf einer größeren Längenskala für Kolloidpackungen sowie Packungen von sphärischen Polymerenaggregaten und dendritischen Molekülen gefunden. Bei diesen weichen sphärischen Aggregaten führt offensichtlich die Minimierung der Grenzflächen zwischen diesen zu den komplexen Tetraederpackungen. In unseren früheren Arbeiten mit polyphilen Molekülen haben wir eine große Zahl von neuen flüssigkristallinen Organisationsformen gefunden. Darunter die sogenannten Stabbündelphasen, in denen kugelförmige Aggregate über Bündel von parallel geordneten stäbchenförmigen Molekülen zu Strängen oder Netzwerken verknüpft sind. Oft besitzen die resultierenden Strukturen kubische Symmetrie und die Kugelaggregate besetzen die Verzweigungsstellen der Netzwerke. Diese neuen Strukturen repräsentieren Hybridstrukturen zwischen micellaren und bikontinuierlichen kubischen Phasen. Diese Netzwerke stellen geordnete Fluide dar, in denen sich die Einzelmoleküle nahezu frei bewegen können. Unter diesem Aspekt unterscheiden sich diese von den Netzwerkstrukturen in Festkörpern, wie man sie in den metall-organischen und kovalenten organischen Netzwerken (MOFs und COFs) findet. Es sind somit neue Flüssigkristallphasen mit erhöhter struktureller Komplexität. Das Ziel dieses Projektes ist es, neue komplexe flüssigkristalline Strukturen mit Tetraederpackungen (Frank-Kasper Phasen) aus Stabbündeln zu erzeugen. Dazu werden neue Bolaamphiphile, bestehen aus einer starren aromatischen Einheit und polaren Wasserstoffbrücken bildenden Endgruppen mit verschiedenen flexiblen verzweigten Seitenketten versehen. Die Selbstorganisation wird dabei wesentlich durch diese Seitenketten bestimmt, d. h. durch deren Länge, Volumen und den Grad ihrer Verzweigung. Das wissenschaftliche Ziel ist zu verstehen, wie derartig komplexe Strukturen durch Selbstorganisation von kleinen Molekülen in fluiden Phasen entstehen können und welche Grundprinzipien für das gezielte molekulare Design gelten. Ziel ist es insbesondere flüssigkristalline Phasen mit hoher Komplexität voraussagbar zu erzeugen. Dieses Projekt wird in Kooperation zwischen Prof. C. Tschierske (MLU Halle, molekulares Design und Synthese) und Feng Liu an der Xian Universität (detaillierte Strukturuntersuchungen) bearbeitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Feng Liu, Ph.D.