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Open Access
Neue smektische Flüssigkristalle des "de Vries-Typs" mit terminalen Carbosilangruppen : Einfluss der Nanosegregation auf Struktur, Dynamik und Phasenumwandlung
(2019) Müller, Carsten; Giesselmann, Frank (Prof. Dr.)
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit dem Einfluss der nanosegregierenden Carbosilaneinheiten auf die Struktur, die Phasenumwandlung und die Dynamik neuer smektischer Flüssigkristalle des `de Vries´-Typs. Mithilfe einer Serie von chiralen und einer Serie von achiralen Materialien, die sich jeweils nur durch die nanosegregierende Einheit unterscheiden, konnte der Einfluss der Kopfgruppe näher untersucht werden. • Es wurde gezeigt, dass die Länge der nanosegregierenden Einheit und da-mit der Dicke der Carbosilan-Subschicht einen enormen Einfluss auf die `de Vries´-Eigenschaften hat. Die Größe des Direktorneigungswinkels und die Phasenbreite der SmC-Phasen nimmt mit der Länge der Carbosilanein-heiten zu. Eine längere Silaneinheit führt zu einer verstärkten Nanosegre-gation und somit zu einer höheren Translationsordnung. Röntgenuntersu-chungen und die Messung der optischen Doppelbrechung zeigen, dass die Orientierungsordnung in der SmA-Phase mit der Länge der Carbosilanein-heiten abnimmt. Am SmA-SmC-Phasenübergang nimmt die Orientierungs-ordnung hingegen stark zu, was eine deutliche Verminderung der Schicht-kontraktion in der SmC/SmC*-Phase zur Folge hat. Das Carbotrisilan QL32-6 und das achirale Carbotrisilan gehören damit zu den besten `de Vries´-Materialien, die in der Literatur bekannt sind. Die Art der chemi-schen Verknüpfung der Trisilankopfgruppe an das Mesogen spielt dabei ei-ne untergeordnete Rolle. Zusammen mit Molekülsimulationen wird daher im zeitlichen Mittel eine hemisphärische Konformation der Carbosilan-Segmente angenommen. • Die Untersuchung des elektroklinen Effekts mit einer simultanen Bestimmung des Direktorneigungswinkels und der optischen Doppelbrechung an einem selbst entwickelten optischen Aufbau bestätigt die Tendenz zu einem deutlich stärker ausgeprägtem `de Vries´-Charakter bei längeren Carbosilan-Homologen. Die für `de Vries´-Materialien übliche Kopplung von Di-rektorneigungswinkel und optischer Doppelbrechung ist für das Trisilan QL32-6 stark ausgeprägt und geht für das Monosilan so gut wie verloren. Die Anwendung des literaturbekannten LANGEVIN-Modells zeigt, dass sich die chiralen Materialien dieser Arbeit nur qualitativ damit beschreiben las-sen. Für eine quantitative Beschreibung sind die Annahmen jedoch zu restriktiv und zu vereinfachend, da z.B. Änderungen der effektiven Moleküllänge nicht berücksichtigt werden. • Nachdem der Einfluss der Carbosilankopfgruppe auf das `de Vries´-Verhalten untersucht und verstanden wurde, sollte untersucht werden, wie sich dies auf die dynamischen Eigenschaften auswirkt. Vor allem im Hinblick auf elektro-optische Anwendungen ist diese letzte Fragestellung von großer Bedeutung. Um hier einen quantitativen Einblick zu erlangen, wurden temperaturaufgelöste dielektrische Spektroskopie Messungen über den gesamten Mesophasenbereich der SmA*- und SmC*-Phasen durchgeführt. Die kollektiven Moden wurden ausgewertet und analysiert. Mit den Relaxationszeiten und Suszeptibilitäten konnte die Rotationsviskosität bestimmt werden. Es zeigte sich, dass der Einfluss der Länge der Carbosilaneinheit auf die dynamischen Eigenschaften gering ist. Die Rotationsviskositäten der drei untersuchten Mesogene in der SmC*-Phase unterscheiden sich nur geringfügig. Lediglich in der Nähe der SmA*-SmC*-Phasenumwandlung zeigen sich deutlichere Unterschiede in den Rotationsviskositäten der verschiedenen Materialien. Für eine mögliche Anwendung limitiert die nanosegregierende Carbosilaneinheit die Dynamik also nicht, wohingegen sie unabdingbar für die Ausbildung des `de Vries´-Verhaltens ist. Damit liefert diese Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Struktur von smektischen Flüssigkristallen des `de Vries´-Typs. Im Hinblick auf ein anwendungsorientiertes Design neuartiger Materialien lassen sich die gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um die Synthese neuer Materialien und deren Eigenschaften gezielt zu steuern. Speziell die Einflüsse auf die wichtigen charakteristischen Größen wie Tiltwinkel, Schichtkontraktion und Ordnungsparameter lassen sich verwenden, um technisch relevante Systeme zu entwickeln.
Open Access
Study on constraining turbulence to met mast data from the WINSENT complex terrain test site for use as inflow for CFD simulations
(2025) Müller, Carsten
This work presents a method for generating time-resolved, three-dimensional turbulent inflow conditions for URANS/DDES simulations using the flow solver FLOWer. Turbulent inflow fields are generated using the Mann Turbulence Model via python’s Hipersim package and are applied as boundary conditions in the solver. The inflow is to reproduce both the absolute values and spectral characteristics of single-point time series and 3D velocity fields represented in atmospheric turbulence. A dedicated toolchain, InFlow, was developed to process and adapt turbulence input data from the WINSENT test site near Stötten, Germany. The approach is designed to be computationally efficient, straightforward to apply, and accurate enough for use in practical wind energy simulations. Its performance and limitations are evaluated across varying inflow scenarios and setups.