Anwendung sowie Bewertung der LCT/TLC - Lehrstuhl ...
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Einordnung und Wirkungsweisen von TLC 1 Einordnung und Wirkungsweisen von TLC 1.1 Grundlagen Alle Stoffe werden grundlegend in Kristalle und Flüssigkeiten unterschieden. Kristalle sind Festkörper und besitzen Grundeinheiten, so genannte Elementarzellen, in allen drei Raumrichtungen in regelmäßiger Anordnung. Es ist damit in allen Raumrichtungen über die Elementarzelle hinaus eine klare Positionsordnung vorhanden. Diese kann aufgrund ihrer weiten Auswirkung auf die Eigenschaften der Stoffe auch als Positionsfernordnung bezeichnet werden und ist die Grundlage für die bekannten anisotropen (richtungsabhängigen) Charakteristiken (Brechungsindex, Härte, Leitfähigkeit usw.) aller festen Stoffe. Dahingegen sind Flüssigkeiten fluide (d.h. fließfähige) Stoffe. In ihnen kann es zu Wechselwirkung zwischen nahe gelegenen Elementarzellen kommen. Sie besitzen aber keine Positionsfernordnung und haben somit stark isotrope Eigenschaften (in alle Richtungen gleich). Die Eigenschaften eines Flüssigkristalls bewegen sich zwischen denen der Kristalle und Flüssigkeiten. Erkennbar ist dabei ein Übergangsstadium zwischen der fest-kristallinen, dreidimensional geordneten Phase und der nicht ferngeordneten isotropen Flüssigkeitsphase. Sie sind fluide, weisen aber dennoch die für einen Kristall typischen anisotropen Eigenschaften auf. Die eigentliche Bezeichnung für Flüssigkristalle lautet Mesogene, was im Griechischen sinngemäß die Mitte zwischen zwei Phasen beschreibt. Im Phasendiagramm werden die Stoffe auch als mesomorph beschrieben. Flüssigkristalle besitzen keine Positionsfernordnung wie im Kristall, wohl aber eine Positionsordnung. Damit wird auch ausgeschlossen, dass es sich um Kristalle mit sehr geringer Fließgrenze handelt. Somit kann sich der Ordnungszustand eines Mediums nicht nur bei Phasenänderung, sondern auch innerhalb einer Phase ändern. Er wird bestimmt durch die Dimension der Positions- und Orientierungsfernordnung der Moleküle, welche sich im festen und im flüssigen Medium ändern können. 5
1.2 Flüssigkristalle Einordnung und Wirkungsweisen von TLC Da Flüssigkristalle Stoffe sind, die sich in ihren Eigenschaften zwischen Kristallen und Flüs- sigkeiten bewegen, werden sie auch kristalline Flüssigkeiten oder flüssige Kristalle genannt. Es sind heute mehrere Tausend Substanzen bekannt, die diese typischen Eigenschaftskom- binationen innerhalb bestimmter Temperaturbereiche aufweisen und deshalb zu den Flüs- sigkristallen gezählt werden. Aufgrund ihrer leicht verschiebbaren Moleküle zählen diese Medien eigentlich zu den Flüs- sigkeiten, es gibt jedoch so starke Wechselwirkung zwischen einzelnen Molekülen und ihrer Umgebung, dass es zur Ausbildung von Domänen kommt, in denen eine einheitliche Orien- tierung in mindestens einer Raumrichtung vorliegt. Dies gilt als erkennbarer Ordnungszu- stand und bewirkt Anisotropieerscheinungen, die nur für Kristalle charakteristisch sind. Die physikalischen Eigenschaften verhalten sich also ähnlich zu den kristallinen Medien stark richtungsabhängig. Ursachen dieser Phänomene können z.B. elektrischer oder magnetischer Natur sein. Flüssigkristallmoleküle weichen daher stark von der Kugelform ab und sind unter den organischen Substanzen zu finden. Ihre Molekülform ist entweder annähernd stäbchen- förmig (kalamatisch) oder scheibchenförmig (diskotisch). Ein Medium kann durch Änderung der Temperatur (thermotropes Verhalten), des Druckes (barotropes Verhalten) oder durch Konzentrationsänderung mit einem Lösungsmittel (lyotro- pes Verhalten) in die mesomorphe Phase eintreten und damit die für Flüssigkristalle typi- schen Eigenschaften zeigen. Eine Substanz kann beim Phasenübergang von kristallin (dreidimensional ferngeordnet) zu flüssig-isotrop (nulldimensional ferngeordnet) auch verschiedene mesomorphe Phasen an- nehmen. Beim Übergang von smektisch zu nematisch kommt es zu einem stufenweisen Ordnungsabbau. 6
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1.2 Flüssigkristalle<br />
Einordnung und Wirkungsweisen von <strong>TLC</strong><br />
Da Flüssigkristalle Stoffe sind, die sich in ihren Eigenschaften zwischen Kristallen und Flüs-<br />
sigkeiten bewegen, werden sie auch kristalline Flüssigkeiten o<strong>der</strong> flüssige Kristalle genannt.<br />
Es sind heute mehrere Tausend Substanzen bekannt, die diese typischen Eigenschaftskom-<br />
binationen innerhalb bestimmter Temperaturbereiche aufweisen und deshalb zu den Flüs-<br />
sigkristallen gezählt werden.<br />
Aufgrund ihrer leicht verschiebbaren Moleküle zählen diese Medien eigentlich zu den Flüs-<br />
sigkeiten, es gibt jedoch so starke Wechselwirkung zwischen einzelnen Molekülen und ihrer<br />
Umgebung, dass es zur Ausbildung von Domänen kommt, in denen eine einheitliche Orien-<br />
tierung in mindestens einer Raumrichtung vorliegt. Dies gilt als erkennbarer Ordnungszu-<br />
stand und bewirkt Anisotropieerscheinungen, die nur für Kristalle charakteristisch sind. Die<br />
physikalischen Eigenschaften verhalten sich also ähnlich zu den kristallinen Medien stark<br />
richtungsabhängig. Ursachen dieser Phänomene können z.B. elektrischer o<strong>der</strong> magnetischer<br />
Natur sein. Flüssigkristallmoleküle weichen daher stark von <strong>der</strong> Kugelform ab und sind unter<br />
den organischen Substanzen zu finden. Ihre Molekülform ist entwe<strong>der</strong> annähernd stäbchen-<br />
förmig (kalamatisch) o<strong>der</strong> scheibchenförmig (diskotisch).<br />
Ein Medium kann durch Än<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> Temperatur (thermotropes Verhalten), des Druckes<br />
(barotropes Verhalten) o<strong>der</strong> durch Konzentrationsän<strong>der</strong>ung mit einem Lösungsmittel (lyotro-<br />
pes Verhalten) in die mesomorphe Phase eintreten und damit die für Flüssigkristalle typi-<br />
schen Eigenschaften zeigen.<br />
Eine Substanz kann beim Phasenübergang von kristallin (dreidimensional ferngeordnet) zu<br />
flüssig-isotrop (nulldimensional ferngeordnet) auch verschiedene mesomorphe Phasen an-<br />
nehmen. Beim Übergang von smektisch zu nematisch kommt es zu einem stufenweisen<br />
Ordnungsabbau.<br />
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