Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-11567
Authors: Wurzbach, Iris
Title: Höhergeordnete Phasen smektischer Flüssigkristalle : Struktur und Ladungstransport
Issue Date: 2021
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
metadata.ubs.publikation.seiten: XII, 131, V
URI: http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/11584
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-ds-115842
http://dx.doi.org/10.18419/opus-11567
Abstract: Gegenstand des ersten Teil der Dissertation war die Charakterisierung von unbekannten smektischen Phasen einer homologen Reihe von Terphenylen n-TPh-n (n = 8, 10, 16, 18). Hierbei zeigte sich, dass der Terphenyl-Kern getiltete smektische Phasen stark begünstigt. Durch die Orientierung der Proben in einem externen Magnetfeld konnten erstmals zweidimensionale Röntgendiffraktogramme an perfekten Monodomänen aufgenommen werden. Es zeigten sich hauptsächlich höhergeordnete SmF Phasen und kristalline smektische Phasen. Das Homologe mit den kürzesten Seitenketten 8-TPh-8 zeigte als einziges Material eine orthogonale SmBhex Phase, während das Homologe mit den längsten Ketten 16-TPh-16 die einzige fluide smektische Phase (SmC) aufweist. Der große Terphenyl-Kern scheint mit 18 π-Elektronen für die Anwendung als organische Halbleitermaterialien auf den ersten Blick geeignet, jedoch konnte mittels Röntgenbeugung gezeigt werden, dass die lateralen Molekülabstände mit 4,2 - 4,8 Å sehr groß sind, was den Transport von Ladungsträgern erschwert. Weitere Untersuchungen zeigten außerdem, dass die Lage der Molekülorbitale der Terphenyle für die Nutzung als halbleitende Schicht in FETs ungünstig ist. Im zweiten Teil der Arbeit lag der Fokus der Untersuchungen auf dem flüssigkristallinen Terthiophen 8-TTP-8, das bereits in der Literatur hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten in Ti-me-of-Flight Experimenten zeigte. Für die Anwendung als aktive Schicht in FETs stellte sich heraus, dass mechanisches Scheren eine einfache und effektive Methode ist, smektische Flüssigkristalle als Filme auf den Substraten zu orientieren. So wurden Ladungsträgerbeweglichkeiten von bis zu 10^-3 cm2 V -1 s -1 in den höhergeordneten getilteten smektischen Phasen (SmF und G) gefunden. In der kristallinen Phase wurden sogar Werte bis zu 0,02 cm2 V -1 s -1 gemessen. Mechanisches Scheren in orthogonalen Richtungen über die Elektroden der FET Substrate erlaubte es, erstmals die Anisotropie der Ladungsträgerbeweglichkeit entlang oder senkrecht zur Tiltrichtung zu bestimmen. Diese „in plane“ Anisotropie war mit einem Wert von μǀǀ/μ⊥ = 2 - 5 überraschend hoch bei erstaunlich kleinem Tiltwinkel von nur 15°. Die hohe Anisotropie deutet darauf hin, dass die biaxiale Ordnung in getilteten smektischen Phasen direkt mit einer „face-on“ Orientierung der aromatischen Kerne verknüpft ist, die den Ladungstransport in Richtung des Tilts deutlich verbessert. Im dritten Teil der Arbeit wurde gezeigt, dass das Einbringen von smektischen Phasen in zylindrische Poren eine einfache Methode ist, eine reproduzierbare Orientierung nach dem Abkühlen aus der isotropen Phase zu gewährleisten. Die Aufnahme von Röntgendiffraktogrammen lieferte Hinweise auf eine radiale Anordnung der Mesogene, was den Transport von Ladungsträgern entlang der Porenachse ermöglicht. Mit Hilfe dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass höhergeordnete smektische Mesophasen kalamitischer Flüssigkristalle für die Anwendung als organische Halbleiter geeignet sind. Bereits ohne aufwändige Optimierungen wurden Ladungsträgerbeweglichkeiten in den Größenordnungen von kolumnaren Phasen gefunden. Die Einbringung von Schwefel als Heteroatom im aromatischen Kern führte zu einer deutlichen Verbesserung der Ladungstransporteigen-schaften. Auch zeigte sich, dass sich besonders getiltete smektische Phasen als 2D-Halbleiter eignen, da die „face-on“ Orientierung der Kerne die Ladungsträgerbeweglichkeit zusätzlich in Tiltrichtung erhöht.
Appears in Collections:03 Fakultät Chemie

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