Dachförmige Nematogene - Ein neuer Weg hin zu thermotropen biaxial nematischen Phasen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Lehmann
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449759211

Dieses Projekt möchte einen Weg weisen, um mit einer neuen Molekülarchitektur die thermotrope biaxial nematische Phase von niedermolekularen Molekülen zu erhalten. Die nematische Phase ist ein flüssigkristalliner Zustand, d.h. eine Phase mit anisotropen Eigenschaften und flüssigkeitsartiger Mobilität der Moleküle, bekannt von LC-Displays. Die Moleküle besitzen in der biaxial nematischen Phase die gleiche Mobilität und daher keinerlei Positionsordnung, aber alle drei molekulare Achsen weisen eine Orientierungsfernordnung auf - in konventionellen nematischen Phasen ist aufgrund der Molekülrotation nur die lange Molekülachse ausgerichtet. Ziel ist also diese Rotation durch eine geeignete Molekülarchitektur zu unterbinden. Diese theoretisch vielfach vorhergesagte Phase wurde auch wegen ihrer potentiellen Anwendungsmöglichkeiten lange gesucht, konnte aber nie umfassend bestätigt werden. Das Projekt baut auf der Struktur eines kürzlich entdeckten Nematogens aus einem polaren, dachförmigen tetra-substituierten Anthrachinonkern, an den formtreue Oligo(phenylenethenylen)-Arme geknüpft wurden, auf. Diese Molekülarchitektur nähert sich der vorhergesagten optimalen molekularen Biaxialität an, um die biaxial nematische Phase zu bilden. Bisher konnte jedoch weder eine Monodomäne zum eindeutigen Nachweis der biaxialen Phase noch eine Raumtemperaturphase erhalten werden. Ziel ist es daher eine Serie von dachförmigen Nematogenen, basierend auf der Leitstruktur, mit lateralen und terminalen Ketten unterschiedlicher Natur und Länge zu synthetisieren, um die molekulare Biaxialität und die Wechselwirkungen entlang der kurzen molekularen Achsen zu optimieren. Letzteres ist von größter Wichtigkeit, um alle drei Molekülachsen zu orientieren. Zusätzlich werden Derivate präpariert, die über Wasserstoffbrücken mit Substratoberflächen interagieren, um die Anordnung der Moleküle in Monodomänen zu ermöglichen. Dies ist essentiell für den Strukturnachweis Die Materialeigenschaften werden mittels Polarisationsmikroskopie, dynamische Differenzkalorimetrie und Röntgenstreuung untersucht und damit Molekül- und Phasenmodelle erstellt. Die Kenntnis der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aus einer kleinen Serie von Molekülen wird zur Optimierung des Molekülsystems genutzt. Schließlich werden Mischungen von ausgewählten Nematogenen studiert, um das Ziel einer biaxial nematischen Phase bei Raumtemperatur zu erreichen. Die optimierten nematischen Moleküle und ihre Mischungen werden schließlich in Flüssigkristallzellen untersucht, d.h. ihre Ausrichtung, ihre Polarität und ihr Schaltverhalten. Mit dieser Forschung im Bereich der Entwicklung von Molekülarchitekturen, erwarten wir die Realisierung der biaxial nematischen Phase, aufgebaut durch passgenaue Moleküle niedriger Molekülmasse. Dies ist von großer grundlagenwissenschaftlicher Bedeutung, um theoretische Vorhersagen zu bestätigen und Anwendung in zukünftigen, neuen schaltbaren Flüssigkristallzellen zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen