Ionische Flüssigkristalle als Grenzgänger zwischen thermotropen und lyotropen Systemen : ionenspezifische Einflüsse auf Phasenverhalten und elektrische Leitfähigkeit

Abstract

Die vorgelegte Dissertation über ionische Flüssigkristalle (ILCs) schaffte mit Untersuchungen und Analysen zur Ausbildung lyotroper Mesophasen, ionischen Leitfähigkeiten sowie Charakterisierung der Struktur isotrop-flüssigen Phasen neue Erkenntnisse und setzt diese in Kontext Anionen-spezifischer Effekte mit teilweiser Übereinstimmung zur Hofmeister-Reihe. Der lyotrope Charakter thermotroper ionischer Flüssigkristalle wurde eindeutig nachgewiesen und verdeutlicht die enge Verwandtschaft zu klassischen lyotropen Flüssigkristallen. Somit sind viele thermotrope ILCs als amphotrope Materialien zu bezeichnen. Zudem konnte in drei der vier untersuchten lyotropen Systemen die bikontinuierlich-kubische Phase als neue Phase beobachtet werden. Neben den lyotropen Eigenschaften lieferten die Untersuchungen mithilfe der Impedanzspektroskopie zu ILCs als ein- bzw. zweidimensional geordnete Elektrolytmaterialien neue Erkenntnisse über deren ionische Leitfähigkeit mit der Schlussfolgerung, dass bereits kleine Veränderungen des Systems wie der Austausch der Anionen einen enormen Effekt auf die Leitfähigkeit hat. Diese Auswirkungen müssen keineswegs einem einfachen ionenspezifischen Effekt nach der Hofmeister-Reihe folgen. Für die Größe und Quantität der smektisch geordneten Cluster in der isotrop-flüssigen Phase von ILCs konnte hingegen der ionenspezifische Effekt mit Blick auf die Hofmeister-Reihe angewandt werden, wobei letztlich die Größe und die Wechselwirkungen der Ionen untereinander entscheidend waren. Die Ordnung der Tieftemperaturmesophase bleibt demnach bis zu einem gewissen Grad in den isotrop-flüssigen Phasen erhalten, sodass diese im Gegensatz zu denjenigen nicht-ionischer LCs als außergewöhnlich geordnete, fluide Phasen mit Vorumwandlungseffekten zu betrachten sind. Zusammenfassend liefern die Erkenntnisse dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag zum molekularen Verständnis ionischer Flüssigkristalle hinsichtlich deren lyotropem Verhalten, zur Struktur isotrop-flüssiger Phasen und als ein- bzw. zweidimensional geordneten Ionenleitern. Darüber hinaus wurde anhand der Untersuchungen von ionenspezifischen Effekten gezeigt, dass nicht nur eine spezielle Größe die Auswirkungen von Ionen auf ein untersuchtes System erklärt, sondern mehrere Größen wie die Viskosität, die Ionengröße, die Temperatur und die gegenseitigen Wechselwirkungen von Anionen und Kationen. Dies macht die Erforschung ionenspezifischer Effekte so besonders und herausfordernd.