Mikrosegregation in niedermolekularen Flüssigkristallen

Abstract

Verknüpft man chemisch unverträgliche Fragmente über kovalente Bindungen zu einem Gesamtmolekül, so werden durch die abstoßenden Wechselwirkungen der unverträglichen Molekülteile Besonderheiten bei der Ausbildung der Struktur beobachtet. In Abhängigkeit vom Grad der intramolekularen Gegensätze und der Größe und Form der unterschiedlichen Segmente entstehen Aggregationen, die zur Modifizierung von bestehenden Phasenstrukturen oder zur Ausbildung neuer Mesophasen führen. Diese Systeme neigen zur Separation im mikroskopischen Bereich (Mikrosegregation). Untersucht wurden Verbindungen, bei denen perfluorierte Ketten bzw. Siloxangruppen kovalent mit dem aliphatischen/aromatischen Molekülrest verknüpft wurden. Variiert wurde dabei die Geometrie des Moleküls, die Position der inkompatiblen Gruppen und deren Größe. Die Eigenschaften der flüssig-kristallinen Phasen wurden hauptsächlich durch Röntgenbeugung (SAXS, WAXS) charakterisiert. Ergänzt wurden diese Experimente durch (elektro)optische, kalorimetrische, IR- und NMR-Messungen, AF-Mikroskopie und Mischbarkeitsuntersuchungen. Erstmals konnte durch orientierte Proben (WAXS) der Nachweis der Mikrosegregation in niedermolekularen flüssig-kristallinen Verbindungen erbracht werden. Darunter soll die Ausbildung von Bereichen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften innerhalb einer makroskopisch homogenen Phase verstanden werden. Im Fall der siloxanhaltigen Verbindungen wurde dieses Phänomen auf Grund der sterischen Eigenschaften stets beobachtet, während bei den fluorhaltigen Verbindungen das Auftreten der Mikrosegregation von der Balance zwischen sterischer Wechselwirkung und chemischer Inkompatibilität (Länge des fluorhaltigen Segmentes) beeinflusst wird und dadurch gesteuert werden kann.

The covalent linking of chemically incompatible moieties is an effective method of varying or creating new liquid crystalline structures. These compounds tend to form liquid crystalline phases with structural peculiarities. The different parts of the molecules are assumed to be organized in different sub-layers. The combination of aromatic and aliphatic moieties with perfluorinated moieties or with siloxane units were investigated. The position of the incompatible units and their length as well as the shape of the basic molecule were varied. Further we combined the influence of chemical incompatibility with steric interaction. The properties of the liquid crystalline phases were investigated by X-ray scattering (SAXS, WAXS) of non-oriented and oriented samples. The phases were also characterized by optical, calorimetric, IR- and NMR measurements, AFM and investigations of miscibility. For the first time we have proven the separation of the two incompatible parts (microsegregation) in low molecular mass molecules with oriented samples (WAXS). Microsegregation means the formation of two independent sublayers with different physical properties within a macroscopic homogeneous phase. This phenomena was continuously observed for the compounds with siloxane units caused by the shape of these units. A different result was found for the compounds with perfluorinated moieties. The appearance of segregated sublayers depends on the balance between steric and chemical interactions and can be controlled in this manner.