Oberflächenreduktion und Entstehung von Wrinkles und Tubuli in Flüssigkristallmembranen

• Antragstellerin: Dr. Patricia Pfeiffer
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404429835

In vielen Bereichen der Biologie oder bei technischen Anwendungen spielt die Dynamik dünner flüssiger Membranen eine wichtige Rolle. Als Beispiele können hier biologische Zellen, Seifenblasen und -schäume, Membranen in der Mikrofluidik oder geschlossene flüssigkristalline smektische Membranen genannt werden. Letztere haben den Vorteil, dass sie über lange Zeiten stabil sind, da sie nicht wie Seifenblasen unter einer Verdunstung oder Drainage des Wassers leiden. Somit eignen sich freistehende smektische Filme sehr gut als einfache Modellsysteme komplexerer Membranen. Sie liefern einen Zugang zu Materialeigenschaften, wie die Kopplung von Kräften und Bewegungen in der smektischen Schichtebene an Deformationen dieser Ebene, also Ausstülpungen (budding) oder Faltungen (wrinkling).Experimentell können freischwebende flüssigkristalline Filme durch den Kollaps eines Katenoids erzeugt werden. Die dabei entstehende Sattelitenblase ist zunächst schlauchförmig, und zieht sich mit der Zeit zu einer Kugel zusammen. Das Volumen der Blase bleibt dabei konstant, jedoch wird die Oberfläche reduziert, was das das Material zwingt, neue Schichten zu bauen.Zusätzlich kann auch in einigen Experimenten eine Deformation des smektischen Films aus der Ebene heraus beobachtet werden (wrinkles). Es soll untersucht werden, wie sich eine smektische Membran unter lateralen Kräften deformiert. Insbesondere soll die Formation der Wrinkles und Tubuli aufgeklärt werden, da deren Bildung mit der reinen orientierungs¬elastischen Theorie von Flüssigkristallen nicht erklärbar ist. Klar scheint, dass der Aufbau neuer Schichten im smektischen Flüssigkristall bei sehr starker lateraler Kompressionen des Films energetisch uneffektiver sein muss als die Bildung von Wrinkles. Es soll außerdem analysiert werden, wie die Bildung der Wrinkles von den Materialparamentern des Flüssigkristalls abhängig ist und von dessen Dicke. Es ist vorgesehen viskosere Flüssigkristalle zu verwenden als bisher, um Filmdicken bis zu einigen Mikrometern zu erhalten. Durch diese Materialien wird auch die Relaxationszeit der Blase abnehmen. Somit werden zusätzlich die Oberflächenabnahme und das Volumen der Blase ermittelt, um die Arbeiten zur Entwicklung eines Modells der Schichtumlagerungen fortzuführen. Eine größere Variation der Filmdicke ist zur Überprüfung der Voraussagen des Modells zur Umlagerungsdynamik smektischer Schichten sehr wichtig. Bei dickeren Filmen muss mehr Material aus den unteren Schichten umstrukturiert werden und die Relaxationszeit der Blase sollte zunehmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen