Heterogene Systeme aus thermotropen Flüssigkristallen und wässrigen Tensidlösungen: Strukturbildung, Benetzung und digitale Mikrofluidik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein vielversprechendes Konzept der Nanotechnologie ist es, die physikalisch-chemischen Prinzipien der molekularen Selbstorganisation für den Aufbau neuer Systeme zu nutzen {bottom~up approach). Dazu ist es notwendig, die räumliche Anordnung von Molekülen oder Partikeln auf unterschiedUchen Längenskalen zu kontrollieren, bzw. die Bedingungen zu kennen, unter denen sich die Moleküle oder Partikel selbstorganisiert in der gewünschten Art und Weise anordnen. Flüssigkristalline Phasen bilden spontan Strukturen aus, deren Längenskalen einen weiten Bereich umfassen: von wenigen Nanometern (smektische Dichtewelle) bis zu mehreren hundert Mikrometern (cholesterische Helix). In vielen Fällen kann man diese Strukturen beeinflussen, indem man die Ordnung und Orientierung der Flüssigkristallmoleküle an den Grenzflächen (der Probe, des Behälters, des Displays, . . . ) kontrolliert. Unter diesem Aspekt wurden grundlegende experimentelle Untersuchungen an grenzflächendominierten Flüssigkristallsystemen durchgeführt. Für die Arbeiten wurden zwei bisher relativ wenig untersuchte Flüssigkristall-Grenzflächensysteme ausgewählt: Flüssigkristall/Wasser-Grenzflächen und smektische Filme auf festen Substraten mit gegensätzlichen Verankerungsbedingnngen. Flüssigkristall/Wasser-Grenzflächen bieten den Vorteil, dass sich die Ordnung der Flüssigkristallmoleküle an den Grenzflächen effektiv und präzise durch die Adsorption geeigneter Tensidmoleküle kontrollieren lässt. Die smektischen Filme wurden gewählt, weil sich in ihnen spontan komplexe Strukturen, sog. fokalkonische Domänen, bilden, deren Eigenschaften sich wiederum durch die Chemiesorption geeigneter Moleküle an den Substratoberflächen beeinflussen lassen. Die experimentellen Untersuchungen waren weniger auf potentielle Anwendungen hin ausgerichtet, sondern hatten vielmehr zum Ziel, die grundlegenden Eigenschaften dieser Systeme zu verstehen. Ein wichtiges Ergebnis der Arbeiten im Projekt ist beispielsweise die erstmalige experimentelle Bestätigung seit langem bestehender theoretischer Aussagen über Phasenübergänge an Grenzflächen. Die Arbeiten werden weitergeführt im Rahmen eines von der EU geförderten Forschungsnetzwerks, in dem 10 Arbeitsgruppen in 4 Ländern Projekte zum Thema „Hierarchical Assembly in Controllable Matrices" gemeinsam bearbeiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Cross-over in the wetting behavior at surfactant-laden liquid-crystal/water interfaces: experiment and theory. Phys. Rev. E 7b, 061711 (2007)
E. Kadivar, Ch. Bahr, H. Stark
- Surface Triple Points and Multiple-Layer Transitions Observed by Tuning the Surface Field at Smectic Liquid Crystal/Wat er Interfaces. Phys. Rev. Lett. 99, 057801 (2007)
Ch. Bahr
- Controlling Smectic Focal Conic Domains by Substrate Patterning. Langmuir 24, 8174-8180 (2008)
W. Guo, S. Herminghaus, Ch. Bahr
- Experimental study of prewetting transitions by systematic variation of the surface field at nematic liquid crystal/water interfaces. EPL 88, 46001 (2009)
Ch. Bahr
- Influence of anchoring strength on focal conic domains in smectic films. Phys. Rev. E7Q, 011707 (2009)
W. Guo, Ch. Bah
- Influence of phase sequence on focal conic domains in smectic films. Phys. Rev. E 79, 061701 (2009)
W. Guo, Ch. Bahr
