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Polar schaltende Lyomesophasen diskotischer Flüssigkristalle
Sawade, Hans
Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit bildet die Synthese verschiedener Triphenylenderivate. Es zeigt sich, daß eine der hergestellten chiralen Verbindungen ferroelektrisches Schaltverhalten aufweist. Wie bei smektischen ferroelektrischen Flüssigkristallen ist die optische Schaltzeit der Feldstärke umgekehrt proportional. Mischungen dieser Verbindung mit Dodecan weisen ein in drei Bereiche einteilbares charakteristisches Lyomesophasenverhalten auf. Im Bereich hoher Konzentration (oberhalb 50 Gew.%) des chiralen Triphenylenderivates werden kolumnare Phasen beobachtet, die bei tieferen Temperaturen ein ferroelektrisches, bei höheren Temperaturen ein feldfolgendes Schaltverhalten zeigen. Bei Raumtemperatur läßt sich ferroelektrisches Schalten in Zeiten unterhalb von 50 µs erreichen. Der Bereich mittlerer Triphenylenkonzentration (50 - 25 Gew.%) zeichnet sich durch die Ausbildung einer chiral kolumnar nematischen Phase aus, deren Verdrillung so hoch ist, daß Selektivreflektion beobachtet wird. Erstmals wird an einer cholesterischen Lyomesophase ein polares Schaltverhalten beobachtet. Bei Raumtemperatur können hohe Schaltwinkel von über ±20° mit Feldstärken von wenigen Volt pro Mikrometer induziert werden. Lichtstreumessungen an der isotropen Phase im Bereich sehr hoher Dodecankonzentrationen (bis zu 99,6 Gew.%) weisen das Vorliegen großer Struktureinheiten nach, die sich als aus diskotischen Molekülen gestapelten Säulen deuten lassen. Zur Erklärung des polaren Schaltverhaltens der induzierten cholesterischen Phase wird ein Modell vorgestellt, das auf der Annahme beruht, daß durch Zugabe des apolaren Lösungsmittels die Kolumnen zunehmend voneinander getrennt werden, wobei die Ordnung innerhalb der Kolumne und damit auch die auf der Chiralität der Moleküle beruhenden polaren Eigenschaften erhalten bleiben. Die Modellvorstellung wird durch Untersuchungen an Mischsystemen anderer chiraler und eines achiralen Triphenylenderivates gestützt. An einem Mischsystem eines chiralen Triphenylens wird in der chiral kolumnar nematischen Phase das Phänomen der Helixinversion beobachtet. An einer nicht chiralen pyramidalen Cyclotriveratrylenverbindung wird ebenfalls das charakteristische Lyomesophasenverhalten beobachtet. Im kolumnaren Phasenbereich läßt sich kein elektrooptisches Schaltverhalten nachweisen. Das steht im Gegensatz zu den in der Literatur beschriebenen Untersuchungen an einem chiralen Derivat derselben Verbindung, die ein transientes optisches Signal zeigten, das durch das Vorliegen polarer Bereiche mit einheitlicher Ausrichtung der hutförmigen Verbindungen erklärt und als Hinweis auf die ferroelektrische Natur dieser kolumnaren Phase gewertet wurde. In der induzierten kolumnar nematischen Phase der hier untersuchten nicht chiralen Cyclotriveratrylenverbindung wird eine Vielfalt elektrooptischer Phänomene beobachtet, vergleichbar denen calamitischer Phasen mit positiver dielektrischer Anisotropie. Ein polares, feldfolgendes Schaltverhalten wie in der induzierten cholesterischen Phase des chiralen Triphenylenderivates kann nicht nachgewiesen werden.
