Flüssigkristalle mit Metallkern

Flüssigkristalle mit Metallkern

Chemiker stellen erstmals polymerisierbare metallhaltige Flüssigkristalle mit neuartigen Eigenschaften vor.

Jena - Ohne Flüssigkristalle wären unsere Handys und Laptops nicht denkbar. Denn die Liquid Crystals (LC) halten die Bildschirme flach und leicht. Wegen ihrer Stellung im Grenzbereich zwischen Flüssigkeiten und dreidimensional geordneten Kristallen, zeigen Flüssigkristalle besondere Eigenschaften von beiden Aggregatzuständen. Unter anderem können sich ihre Moleküle im magnetischen und elektrischen Feld neu ausrichten. Der Palette interessanter Eigenschaften der Flüssigkristalle haben Chemiker der Universität Jena und der University of Colorado in Boulder jetzt noch weitere Nuancen hinzugefügt. Sie nutzten Flüssigkristalle mit Metallkernen aus Palladium und Nickel. Die langgestreckten Moleküle haben somit ein aktives Zentrum, wie es z. B. für katalytische Reaktionen benötigt wird. Zum anderen bauten sie spezielle Gruppen an die Molekülenden, die bei hohen Temperaturen miteinander reagieren. Die neuen Flüssigkristalle können also polymerisieren und ihre übliche Fernordnung wird quasi "eingefroren". Wie dies erreicht wurde und was die neuen polymerisierbaren metallhaltigen Flüssigkristalle, auch Metallomesogene genannt auszeichnet, ist in der neuesten Ausgabe der renommierten Zeitschrift "Advanced Materials" nachzulesen.

A: LC-Monomere, B: Intakter Polymerfilm nach thermischer Vernetzung, C: Radikalische Polymerisation ergibt Filme mit zerstörtem katalytischem Zentrum. (Foto: Martin/Uni Jena)

"Mein Hauptanliegen war es, geordnete Polymere zu erhalten, die immer noch katalytisch aktiv sind", berichtet Alexander Martin. Der Chemiker von der Friedrich-Schiller-Universität tüftelt an den Grundlagen für katalytische Reaktionen, bei denen der Katalysator nicht mit seinen Reaktionspartnern in einer Lösungssuppe schwimmt sondern fest stationiert ist. "Das ist wichtig, um Verunreinigungen des Endproduktes durch den Katalysator zu vermeiden", macht er deutlich. Das Ziel des Jenaer Nachwuchswissenschaftlers war es, diese metallhaltigen Flüssigkristalle in der flüssig-kristallinen Phase zu vernetzen und so Vorläufer für katalytisch aktive und stabile Polymerfilme mit geordneten Oberflächen zu erhalten.

Das Problem bestand darin, dass bei den üblichen Vernetzungsreaktionen, bei denen sich die Endgruppen der Flüssigkristalle "die Hand reichen müssen", stets das katalytische Zentrum zerstört wurde. Die Lösung fand der Stipendiat der Studienstiftung des deutschen Volkes bei einem Forschungsaufenthalt im Laboratorium von Douglas L. Gin in Boulder, Co. (USA). Hier wurde mit Flüssigkristallen gearbeitet, die 1,3-Dien-Endgruppen trugen. Diese Gruppen lassen sich auf zweierlei Weise miteinander verknüpfen, durch radikalische oder thermisch angeregte Reaktionen. Für die sensiblen metallhaltigen Jenaer Flüssigkristalle führte jedoch nur das temperaturgesteuerte Verfahren zu Polymeren mit unbeschädigtem Metallzentrum. Das hat Alexander Martin bei seinem Forschungsaufenthalt in Boulder herausgearbeitet. Die Forschungen sind in seine Doktorarbeit eingeflossen, die er in der Arbeitsgruppe von Wolfgang Weigand an der Uni Jena angefertigt hat.

Indem die Wissenschaftler aus Boulder und Jena ihre Kompetenzen addierten, haben sie nun die ersten Vertreter dieser neuen metallhaltigen Flüssigkristallpolymere geschaffen, die in sich die Eigenschaften von Flüssigkristallen, Polymeren und katalytisch aktiven Verbindungen vereinen. "Mit Hilfe dieser speziellen Flüssigkristallfilme können neuartige Materialien synthetisiert werden", blickt Wolfgang Weigand in die Zukunft. "Das sind viel versprechende Vorarbeiten für Katalysatoren mit neuen Eigenschaften", pflichtet ihm sein amerikanischer Kollege Douglas L. Gin bei. Weitere Kooperationsprojekte sind bereits angelaufen.

Quelle. idw

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  G. Martin, S. Harms, W. Weigand, D. L. Gin, Polymerizable Transition-Metal-Containing Liquid Crystals with Thermally Reactive 1,3-Diene Tails, Adv. Mater. 17, 602 (2005).
  http://dx.doi.org/10.1002/adma.200400996 
• Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Jena:
  http://www2.uni-jena.de/chemie/institute/ac/ 
• Arbeitsgruppe Weigand:
  http://www2.uni-jena.de/chemie/institute/ac/weigand/