Kapitel 3 Flashcards
Die Studierenden... … können den flüssigkristallinen Zustand mit konkreten Phasenbeispielen, sowie den allgemeinen Aufbau von flüssigkristallinen Molekülen beschreiben und erklären. … kennen die häufigsten Anwendungen von Flüssigkristallen im Alltag und können das Prinzip einer einfachen, flüssigkristallinen Zelle, sowie eines flüssigkristallinen Thermometers beschreiben und erklären.
Die Studierenden können den flüssigkristallinen Zustand mit konkreten Phasenbeispielen, sowie den allgemeinen Aufbau von flüssigkristallinen Molekülen beschreiben und erklären.
Mesophase Stoffe deren mikroskopischen Strukturen zwischen denen von Kristallen und denen von Flüssigkeiten liegen.
Nematische Phase
Eigenschaften der nematischen Phase:
→ Flüssigkristalline Phase mit der geringeren Ordnung
→ Lediglich eindimensional geordnet: „nur“ Parallelorientierung der Moleküllängsachsen
→ Moleküle können frei aneinander vorbeigleiten
→ Polare Moleküle sind statistisch verteilt → Keine Polarität der Mesophase
cholesterische Phase:
Die cholesterische Phase ist eigentlich ein Sonderfall der nematischen Phase: es handelt sich um eine chirale nematische Phase.
Was identisch ist:
→ Die Moleküllängsachsen sind parallel zueinander angeordnet.
→ Die Moleküle können frei aneinander vorbeigleiten
→ Polare Moleküle sind statistisch verteilt
Was anders, oder besser gesagt, was zusätzlich gibt:
→ Die Vorzugsrichtung der Moleküllängsachsen ändert sich von Ort zu Ort in regelmäßiger Weise, was zu einer
chiralen helikalen Struktur führt.
→ Die cholesterische Phase ist aus chiralen nematischen Molekülen aufgebaut, z.B. Cholesterylbenzoat.
Die cholesterische Phase – und nur diese Phase – besitzt eine ganz besondere Eigenschaft: Sie reflektiert Licht der Wellenlänge, welche direkt proportional zur
Ganghöhe des Helices der Phase ist.
- Wird die Ganghöhe sehr kurz → wird UV-Licht reflektiert → Material erscheint farblos
Wird die Ganghöhe sehr lang → wird IR-Licht reflektiert → Material erscheint farblos.
Smektische Phase:
Eigenschaften der smektischen Phase:
1. Moleküle in Schichten angeordnet
2. Die smektischen Phasen sind zweidimensional geordnet
3. Je nach Lage der Moleküle in den smektischen Schichten können mehrere smektische Phasen unterschieden werden. Sie werden durch verschiedene
Buchstaben gekennzeichnet.
→ Smektisch A, Smektisch B, Smektisch C
Die Studierenden kennen die häufigsten Anwendungen von Flüssigkristallen im Alltag
→ Materialen (Polymeren)
z.B. Kavlar
Wegen dieser Struktur sind die Eigenschaften von Kevlar richtungsabhängig (= anisotrop): es handelt sich um ein flüssigkristallines Polymer.
→ Pigmente
z.B. Lack
→ Schaltbare und regelbare Verglasungen
z.B. bei Fenstern (abdunkeln)
→ Thermometrie
z.B. Bei Besteck oder Messgerät (Fieber)
→ Spezifische Schmiermittel
→ Anzeigen
z.B. bei Smartphones
Definition Flüssigkristalle
Definition:
Als Flüssigkristall bezeichnet man eine Substanz, die einerseits flüssig ist, andererseits aber auch richtungsabhängige (anisotrope) physikalische Eigenschaften aufweist wie ein Kristall. Der flüssigkristalline Zustand ist somit ein hybridischer Zustand zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand.
Anisotropie:
Richtungsabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften einer Probe, wie Härte, thermische Ausdehnung, elek. Leitfähigkeit, Wärmeleitung, usw.
Kristalle sind fast immer anistrop, Flüssigkeiten im Allgemeinen isotrop mit einer Ausnahme: Flüssigkristalle!
Zwei Arten:
- Thermotrope: Bildung einer Mesophase abhängig nur von der Temperatur
→ für uns relevant
Lyotrobe: Bildung einer Mesophase abhängig von der Temperatur, dem Lösungsmittel und der Konzentration. → Müssen wir nicht kennen
Welche Moleküle sind fähig, ein flüssigkristallines Verhalten zu zeigen?
Allgemeine chemische Struktur der Flüssigkristalle
→ steif und stäbchenförmig -> kalamitische Flüssigkristalle
→ steif und scheibchenartig -> diskotische Flüssigkristalle
Was müssen Flüssigkristalle in ihrer Struktur enthalten?
→ Eine oder mehrere steife Segmente (stäbchenartig oder scheibchenartig) enthalten (verantwortlich für die Ordnung)
→ Eine oder mehrere flexible Ketten enthalten (verantwortlich für die dünnflüssigen Eigenschaften)
Die Studierenden können das Prinzip einer einfachen, flüssigkristallinen Zelle, sowie eines flüssigkristallinen Thermometers beschreiben und erklären.
Die « twisted nematic » Zelle
