Elektrooptische und dielektrische Eigenschaften von flüssigkristallinen Nanokompositen

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Nanofluide sind revolutionäre Materialien mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften. Unter allen untersuchten Arten von Nanofluiden sind auf Flüssigkristallen basierte Nanokomposite die Komplexesten und sie sind für eine Reihe von Anwendungen potenziell einsetzbar. Durch die Dotierung von Flüssigkristallen mit Nanomaterialien werden die optischen, elektro-optischen und dielektrischen Eigenschaften signifikant verändert oder verbessert. Die ausgeprägten physikalischen Eigenschaften rühren von den Besonderheiten der Nanomaterialien und deren enormen Interaktionsfläche mit dem umgebenden Medium her. Intelligente flüssigkristalline Nanokomposite mit vorgegebenen physikalischen Eigenschaften können daher den Weg für neue Anwendungsgebiete ebnen. Im Rahmen dieses interdisziplinären Projekts werden neuartige flüssigkristalline Nanokomposite basierend sowohl auf nematischen als auch auf ferroelektrischen LCs hergestellt und untersucht in Abhängigkeit vom Durchmesser/der Gestalt der Nanomaterialien, der Art/Dicke des organischen Mantels und der spezifischen Parameter von LCs/FLCs. Die Auswahl der Nanomaterialien erfolgt dabei unter zwei Aspekten: Zum einen Materialien mit einer Formanisotropie wie Nanoröhrchen, Nanostäbchen und Nanodrähte, die alle sehr effizient mit dem anisotropen Flüssigkristallmedium interagieren können. Zum anderen kugelförmige Nanopartikel, die wohl über die dipolare oder quadrupolare Struktur verbunden, mit Oberflächeneffekten, mit den LCs interagieren können. In Zusammenarbeit werden die verbesserten physikalischen Eigenschaften von spezifisch konzipierten LC-Nanokompositen mit denen der undotierten LCs verglichen. Insbesondere werden die dielektrischen Eigenschaften in einem breiten Frequenzspektrum (Hz - GHz) untersucht mit dem Ziel die Möglichkeiten und die Einsetzbarkeit der neu konzipierten Materialien für Hochfrequenzkomponenten zu prüfen. Für den letztgenannten Zweck wird besonderes Augenmerk auf die systematische Optimierung der dotierten Flüssigkristalle im oberen GHz-Bereich (>10 GHz) gerichtet. Die Herausforderung ist dabei Dotiermaterialien zu identifizieren, die die Steuerbarkeit des Materials vergrößern, jedoch so wenig Mikrowellenverluste wie möglich hinzufügen. Ausgehend von den experimentellen Ergebnissen unter Einschluss von Modellberechnungen ist ein Beitrag zum Verständnis der Wechselwirkungskräfte in LC-Nanokolloiden zu erbringen.