Diskotische Flüssigkristalle in Nanoporösen Festkörpern: Von der Struktur und Dynamik zum lokalen Ladungstransport

• Antragsteller: Professor Dr. Patrick Huber; Professor Dr. Andreas Schönhals
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282247454

Diskotische Flüssigkristalle eingebettet in nanoporöse Festkörpermatrizen stellen sehr interessante Hybridmaterialien im Hinblick auf fundamentale Fragen zur Physik und Chemie von weicher, kondensierter Materie in beschränkter Geometrie dar. Sie finden aber auch zunehmendes Interesse im Bereich der organischen Elektronik. Basierend auf unseren bisherigen Forschungen bzgl. der molekularen Anordnung und Dynamik in tubularen Porensystemen, soll in diesem Forschungsvorhaben der Einfluss der Molekülverankerung an den Porenwänden (chemischen Oberflächenmodifizierung) und von äußeren magnetischen Feldern auf die Konkurrenz der radialen oder axialen Orientierung von Diskoten in Nanokanälen studiert werden. Weiterhin möchten wir aufklären, wie die Struktur, Thermodynamik und molekulare Dynamik von den daraus resultierenden Molekülorientierungen beeinflusst werden, sowohl bei Variation der Molekül/Wand-Wechselwirkung, der Größe des diskotischen Kerns der Moleküle, aber auch als Funktion des graduellen Füllens der Kanäle von einem filmkondensierten Zustand (an der Porenwand), über den kapillarkondensierten Zustand bis hin zur kompletten Füllung der Kanäle. Letztere Untersuchungen werden uns erlauben, die Dicke der Grenzflächenlage zu bestimmen, die stark von der Wechselwirkung mit der Festkörperwand bestimmt ist. Um die elektronischen Eigenschaften, insbesondere den Ladungstransfer in den Systemen zu verbessen, sollen auch Ladungstransfermoleküle zu den Diskoten gemischt werden. Diese Strategie hat sich für bulk-Systeme als Hilfreich im Hinblick auf eine Optimierung des Ladungstransports erwiesen. Deshalb soll die Selbstorganisation von solchen Landungstransferkomplexen hier auch in beschränkter Geometrie erforscht und verifiziert werden. Die genannten Forschungsziele sollen durch die Kombination von strukturell-thermodynamischen Methoden (Röntgendiffraktion, Kalorimetrie) mit Experimenten, die Informationen über die molekulare Dynamik liefern (dielektrische Spektroskopie, in- und quasielastische Neutronenspektroskopie), erreicht werden. Um das Wechselspiel aus Struktur und molekularer Dynamik einerseits und den funktionell-elektronischen Eigenschaften andererseits näher zu beleuchten, sollen auch elektrische Leitfähigkeitsmessungen an einzelnen Nanokanälen durchgeführt werden. Durch die komplementären Expertisen der Antragsteller wird die Forschungsarbeit synergistisch bereichert. Eine erfolgreiche Durchführung des Projektes erfordert weiterhin eine intensive Kooperation beider Projektgruppen, da sich Struktur und Dynamik gegenseitig determinieren. Neben dem geplanten Probenaustausch werden regelmäßig Projekttreffen als auch ein komplementärerer Doktorandenaustausch organisiert. Davon profitieren nicht nur die zu erwartenden wissenschaftlichen Resultate sondern auch die akademischen Ausbildungen der Doktoranden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen