Struktur und Eigenschaften von flüssigen Filamenten

• Applicant: Professor Dr. Ralf Stannarius
• Subject Area: Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
• Term: from 2002 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5393100

• Final Report Year: 2008

Final Report Abstract

Im Projekt wurde die Struktur und Dynamik stabiler freistehender flüssiger Filamente untersucht, die von einigen thermotropen smektischen Mesophasen gebildet werden. Diese Objekte sind einzigartig in dem Sinne, dass sie in axialer Richtung flüssig sind, dennoch nicht der Rayleigh-Plateau- Instabilität unterliegen. Da anfangs kaum etwas über ihren inneren Aufbau bekannt war, wurden zunächst verschiedene Methoden zur Strukturcharakterisierung eingesetzt: Mittels Röntgenkleinwinkelstreuung wurde die Orientierung der smektischen Schichtstruktur nachgewiesen, mit AFM, SEM und optischen Methoden die geometrische Struktur und Oberflächenprofile bestimmt. Wir haben durch den Vergleich verschiedener smektischer Modifikationen den Einfluss der Phasenstruktur auf die Stabilität der Filamente untersucht. Zur mechanischen Charakterisierung wurden verschiedene Messaufbauten konstruiert, unter anderem wurden Methoden zur Bestimmung der Filamentspannung entwickelt. Mit elektrischen Gleich- und Wechselfeldern konnten dynamische Messungen der Schwingungseigenschaften solcher flüssiger Saiten aufgezeichnet und ausgewertet werden, anhand dieser Daten sind erste Modelle der elektrischen und mechanischen Eigenschaften entwickelt worden. Die wesentlichen Ergebnisse des Projektes sind o das grundlegende Verständnis der inneren Struktur der Filamente, o die Klassifizierung einer ganzen Reihe smektischer Phasen nach der Stabilität der beobachteten Filamente, o die Bestimmung mechanischer Eigenschaften aus den Messungen der freien Relaxation mechanischer Schwingungen sowie erzwungener Schwingungen in elektrischen und akustischen Feldern o Im Rahmen einer Kollaboration mit Dr. Jakli am Liquid Crystal Institute der Kent State University wurden Modellbeschreibungen für die Wechselwirkungen der Filamente mit externen Feldern entwickelt. o Weiterführende Arbeiten dienten der Charakterisierung photovernetzbarer smektischer Filamente. Der Bericht fasst die wesentlichen Ergebnisse der beiden Förderabschnitte zusammen, wobei die Ergebnisse des ersten Abschnittes hier nur in knapper Form zusammengefasst werden und Schwerpunkt besonders auf die neueren Ergebnisse gelegt wird.

Publications

• Plucking a liquid chord: mechanical response of a liquid filament. Phys. Rev. E, 72 020702(R), (2005)
  R. Stannarius, A. Nemes, and A. Eremin
  
• Structure and mechanical properties of liquid crystalline filaments. Phys. Rev. B, 71 031705, (2005)
  A. Eremin, A. Nemes,, R. Stannarius, M. Schulz, H. Nadasi, and W. Weissflog
  
• Mechanical Properties of Freely Suspended LC Filaments. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 449 179, (2006)
  A. Nemes, A. Eremin, and R. Stannarius
  
• Microscopic structures of the B7 phase: AFM and electron microscopy studies. Liq. Cryst., 33 789, (2006)
  A. Eremin, L. Naji, A. Nemes, R. Stannarius, M. Schulz, and K. Fodor-Csorba
  
• Structure characterization of free standing filaments drawn in the liquid crystal state. Phys. Chem. Chem. Phys., 8 469, (2006)
  A. Nemes,, A. Eremin, R. Stannarius, M. Schulz, and W. Weissfiog
  
• Dissertation, Universität Magdeburg, Magdeburg (2008)
  A. Nemes