Electrospun polymer - liquid crystal composite fibres

Abstract

In dieser Arbeit werden durch Elektrospinning hergestellte Kompositfasern präsentiert, einer Methode um Fasern mit Durchmessern im Mikro- bis zum Nanometerbereich zu produzieren. Die meisten Fasern bestehen aus einer polymeren Hülle aus Poly(vinylpyrrolidon) und einem Kern aus Flüssigkristallen, faszinierenden geordneten Flüssigkeiten mit außergewöhnlichen optischen Effekten. Um den Einkapselungseffekt zu untersuchen wurden die Fasern mittels Polarisationsmikroskopie, kalorimetrisch (DSC), Röntgenstreuung und Elektronenmikroskopie (SEM) charakterisiert. Im ersten Teil wird eine Fragestellung zur Faserorientierung während des Elektrospinnens behandelt, gefolgt von den Hauptergebnissen, den coaxialen Fasern. Dabei wurden verschiedene flüssigkristalline Materialien mit unterschiedlicher Phasensequenz verwendet, von der relativ einfachen nematischen, über die smektische A und C Phase bis zu den komplizierteren chiral nematischen und Blauen Phasen. In einem letzten Teil wurden auch Fasern bestehend aus einem flüssigkristallinen Elastomer untersucht, bei dem das Polymer selbst die flüssigkristalline Phase aufbaut.

In this thesis composite fibres are presented which were produced by electrospinning, a method to produce fibres with diameters in the micro- or even down to the nanometer range. Most of the fibres consist of a sheath of the polymer poly(vinylpyrrolidone) and a core of liquid crystals, fascinating ordered fluids with an unique combination of optical effects and responsiveness. In order to study the encapsulation effect on the core the fibres were characterized by polarized optical microscopy, differential scanning calorimetry, x-ray scattering and scanning electron microscopy. In a first part an experimental question on fibre alignment during electrospinning is addressed, followed by the main results, the study of the coaxial fibres. Several liquid crystals materials with different phase sequences were used as core, from the relatively simple nematic phase to smectic A and smectic C as well as to the more complicated chiral nematic and Blue Phases. Finally, also fibres spun from a liquid-crystal elastomer were briefly studied, in which the polymer itself builds up the liquid crystalline phase.