Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der University of Sheffield haben erstmals eine neue Art Flüssigkristalle entwickelt, die ähnliche Strukturen wie Zeolith-Mineralien haben. Die Mineralien werden zum Beispiel zum Absorbieren von Stoffen in der Wasseraufbereitung und in Waschmitteln oder als Katalysatoren in der chemischen Industrie verwendet. Im Gegensatz zu Zeolithen bestehen die neu entwickelten Flüssigkristalle aber aus organischen Materialien und sind in einem flüssigen Zustand. Die Ergebnisse der Studie wurden jetzt im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.

Viele bekannte Flüssigkristalle haben eine relativ einfache Struktur. Sie bestehen aus stäbchen- oder scheibenförmigen Molekülen. Anders verhält es sich bei den Flüssigkristallen, die die Forscher um Prof. Dr. Carsten Tschierske vom Institut für Chemie der MLU synthetisch hergestellt haben: Die Arbeitsgruppe hat nur aus Wasser-, Kohlen- und Sauerstoff bestehende organische Moleküle erzeugt, die sich zu fünf- oder achteckigen Zylindern ordnen. Sechs dieser Fünfeckzylinder flankieren jeweils einen Achteckzylinder. In den größeren Achteckzylindern entstehen Hohlräume, welche durch weitere Moleküle ausgefüllt werden. „Wir wollten dadurch verstehen, wie die einfach gebauten Moleküle, aus denen die Flüssigkristalle bestehen, durch Selbstorganisation komplexere Strukturen aufbauen können. Das ähnelt dem Vorgang, wie sich zu Urzeiten einfache Moleküle zu Verbänden organisiert haben, aus denen dann Zellen und lebende Organismen hervorgegangen sind", fasst der Chemiker Carsten Tschierske zusammen.

Nachdem die Forscher die Substanzen im Labor hergestellt hatten, haben sie mit Hilfe von Mikroskopie und Röntgenstrahlung die Struktur der von den Molekülen gebildeten neuen Flüssigkristalle untersucht. Hierbei stellte sich heraus, dass die Moleküle eine selbstorganisierte Struktur bilden, die der von Zeolithen ähnelt. Anders als die festen Zeolith-Mineralien behalten jedoch die Moleküle in den Flüssigkristallen ihre Beweglichkeit bei. Somit können die elektrischen, magnetischen und auch die optischen Eigenschaften durch äußere Einflüsse immer wieder verändert werden.

Die Forschung an Flüssigkristallen hat in Halle eine lange Tradition: Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts stellte der hallesche Chemiker Daniel Vorländer systematisch etwa 2.000 flüssigkristalline Verbindungen her. Die Arbeiten Vorländers haben somit einen wichtigen Grundstein für die Entwicklung der in der Kommunikationstechnologie und Datenverarbeitung heute unverzichtbaren Flüssigkristalldisplays gelegt.


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Quelle: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (11/2015)


Publikation:
Poppe, S. et al. Zeolite-like liquid crystals. Nat. Commun. 6:8637, doi: 10.1038/ncomms9637 (2015).