Browsing by Author "Saipa, Alexander"

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Der photoferroelektrische Effekt verschiedener Chromophore in SmC* Phasen chiraler thermotroper Flüssigkristalle
(2006) Saipa, Alexander; Gießelmann, Frank (Prof. Dr.)
Es wurden photoferroelektrische Flüssigkristallmischungen unter Verwendung von photoisomerisierbaren 4, 4´-substitutierten Azobenzol- und Thioindigoderivaten und ferroelektrischen Wirtsphasen hergestellt. Darüberhinaus wurden ferroelektrische Mischungen aus FLC-Wirtsphasen und unsubstituierten E- und Z-Stilbenen hergestellt. Für die stationären und zeitaufgelösten Untersuchungen der Spontanpolarisation und des Tiltwinkels in Abhängigkeit von Temperatur und Belichtung wurde eine Apparatur benutzt, die die Temperierung der Proben und Belichtung mit monochromatischen Licht variabler Wellenlänge und Intensität zur Photoisomerisierung der Dotierstoffe erlaubte. Es wurden formale Temperaturauflösungen von ca. 0, 25 K erreicht. Das Azobenzolderivat W470 induzierte stets einen ausgeprägten negativen photoferroelektrischen Effekt mit Modulationen der Spontanpolarisation von bis zu 80% des photostationären Dunkelwertes sowie thermische Relaxationszeiten von bis zu 100 s bei Temperaturen von ca. 5 K unterhalb des SmA*-SmC* Phasenübergangs. Weiterhin wurde in Falle des Azobenzol ein ausgeprägter Charakter zur lichtabhängigen Destabilisierung der SmC* Phase bis hin zu einem lichtinduzierten Phasenübergang in die SmA* Phase beobachtet. Die E/Z Isomerisierung der Azobenzole induziert stets einen negativen photoferroelektrischen Effekt, d.h. der Betrag der spontanen Polarisation sinkt, unabhängig vom Vorzeichen der Spontanpolarisation in der Wirtsphase. Die Thioindigoderivate bewirkten einen differenzierteren photoferroelektrischen Effekt in den untersuchten Wirtsphasen. Es kam zu lichtinduzierten Verschiebungen der Spontanpolarisation von +1 nC/cm2 in positiver Richtung, was - je nach Richtung der Spontanpolarisation der Wirtsphase - zu einer Erhöhung oder Erniedrigung im Betrag der Spontanpolarisation führte. Daher kann bei den Thioindigosystemen auch ein positiver photoferroelektrischer Effekt erreicht werden. Darüberhinaus konnte sogar ein stabilisierender Effekt auf die SmC* Phase im Zuge der Belichtung und einer resultierenden Erhöhung der SmC*-SmA* Phasenübergangstemperatur um etwa 1 K beobachtet werden. Lichtinduzierte Phasenübergänge - wie im Falle des Azobenzols - wurden nicht beobachtet, vielmehr kann es bei geeigneter Mischungszusammensetzung zu einer lichtinduzierten Richtungsumkehr der spontanen Polarisation kommen. Die Zugabe von E- bzw. Z-Stilbenen bewirkte - ähnlich dem Azobenzolderivat - größere Phasendestabilisierungen durch starke Erniedrigung der SmA*-SmC* Phasenübergangstemperatur bis zu 10 K. Jedoch zeigten hier die Z-Isomere einen wesentlich kleineren Effekt als die E-Isomere, was auf die Bildung von Z-Stilbenzwischenschichten durch Mikrophasensegregation zurückgeführt werden konnte. Es konnte anhand von Abschätzungen des ersten Landaukoeffizienten gezeigt werden, daß die Zugabe von Z-Stilben zu Felix 017/100 die benötigte Energie zum Ändern des Tiltwinkels verringert und somit die Kompressibilität der smektischen Schichten um ca. 14% erhöht, wohingegen die Zugabe von E-Stilben deren Kompressibilität um ca. 10% verringert. Im photostationären Zustand konnte die Lichtabhängigkeit der Spontanpolarisation photoferroelektrischer Mischungen mit Azobenzolderivat als Photodotierstoff durch ein einfaches kinetisches Modell der photochemischen und thermischen E/Z-Photoisomerisierung erklärt werden. So konnte gezeigt werden, daß die E/Z-Photoisomerisierung des Azobenzolderivates den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt für den photoferroelektrischen Effekt darstellt. Die photochemische und thermische Isomerisierungsreaktion der Thioindigoderivate konnte auf einen komplizierten mehrstufigen Reaktionsmechanismus mit einer der photochemischen E/Z-Isomerisierung nachgelagerten Dimerisierung der Z-Isomere zurückgeführt werden. Anhand dieses mehrstufigen Reaktionsmechanismus konnten Geschwindigkeitskonstanten abgeschätzt werden. Für die Azobenzol- und Thioindigoderivate konnte gezeigt werden, daß im Fall geringer Lichtintensitäten die lichtinduzierten Änderungen des Tiltwinkels keinen Beitrag zum Mechanismus des photoferroelektrischen Effekts liefern. Wohl konnte aber gezeigt werden, daß die Zugabe der unterschiedlichen Stilbenisomere den Tiltwinkel in der SmC* Phase ungleich stärker beeinflussen und in diesem Fall die Tiltwinkeländerungen eine größere Rolle spielen. Auf dem Weg zum Design optischer Schalter aufgebaut aus flüssigkristallinen Wirt/Gast-Systemen konnten mit dieser Arbeit viele Vor- aber auch Nachteile der untersuchten Substanzen gefunden und diskutiert werden. Für zukünftige Forschungen sollten die Thioindigoverbindungen eine zentrale Rolle spielen, gerade ihre komplexe Isomerisierungskinetik muß tiefergehend untersucht werden. Auch sollten weitere mögliche Kandidaten, wie Spiropyrane oder Campherderivate, eingehend untersucht werden.