Opto-mechanische Messungen von flüssigkristallinen Azo-Elastomeren
In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige flüssigkristalline, orientierte Seitenketten synthetisiert. Dazu wurde, ausgehend von bekannten Synthesekonzepten ein Anteil einer photoaktiven Gruppe in das Netzwerk eingebaut. Die verwendete Azogruppe zeigt bei Bestrahlung mit UV-Licht geeigneter Wellenlänge Photoisomerisierungsreaktion. Das vorher stäbchenförmige trans-Isomer wandelt sich reversibel in ein gebogenes cis-Isomer. Dieser Effekt wurde genutzt, um die flüssigkristalline Ordnung der in den Elastomeren ebenfalls vorhandenen Mesogene zu verringern. Es wurde die Eigenschaft der Netzwerke bei Veränderung des Ordnungsgrades eine spontane makroskopische Dimensionsänderung hervorzurufen ausgenutzt. Somit ist es möglich, die bei Bestrahlung auftretenden Beeinflussung der flüssigkristallinen Orientierung über die Längenänderung der Proben zu verfolgen und als resultierende Spannungsänderung zu erfassen. Es wurden verschiedene Azo-Chromophore und Anbindungen der photoaktiven Moleküle in das Polymernetzwerk untersucht, um den Einfluss der Isomerisierungsreaktion auf die Dimensionsänderung der Netzwerke zu beschreiben. Hierbei wurden unterschiedliche Reaktionen gefunden, abhängig davon, ob die Anbindung an die Polymerkette eines eingesetzten Chromophores als Vernetzer oder einer Seitengruppe erfolgte. Die Kopplung der aktiven Gruppe ist entscheidend für die Effektivität der Ordnungsgraderniedrigung. Das als Vernetzer eingesetzte Azomolekül zeigte bei Bestrahlungsmessungen eine höhere Beeinflussung. Weiterhin wurden zwei unterschiedliche Chromophore verwendet, um die Reaktionskinetik zu untersuchen. Das Azophenol-System reagiert sowohl in Lösung als auch als Vernetzer im Elastomer mit verlangsamten Reaktionszeiten im Gegensatz zum Azonaphthol. Neben Seitenkettenelastomeren wurden auch Hauptkettenelastomere mit einem variierenden Anteil eines Azomoleküls synthetisiert. Hierbei wurden die Unterschiede hinsichtlich des Verhaltens in verschiedenen flüssigkristallinen Phasen und der Anbindung der Mesogene in das Netzwerk untersucht. Die Spannungsänderung dieser Systeme ist durch die maximale Längenänderung von 100 % in Gegensatz von lediglich 50% für Seitenkettenelastomeren deutlich größer. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit die flüssigkristalline Phase durch die unterschiedlichen elastischen Eigenschaften des Elastomers Einfluss auf die Reaktionszeit sowie auf die maximale Spannungsänderung bei Bestrahlung nimmt. Es ergaben sich für die smektische Phase langsamere Reaktionszeiten aber auch höhere Spannungsdifferenzen. Die Hauptkettensysteme zeigten insgesamt eine höhere Reversibilität und Lebensdauer während temperaturabhängigen Bestrahlungsmessungen. Es konnte durch elektronenmikroskopische Aufnahmen gezeigt werden, dass sich durch Spannungen, die bei der Vermessung von Seitenkettensystemen auftraten, Risse in der Oberfläche der bestrahlten Proben gebildet hatten, die eine vollständige Reversibilität der Seitenkettenelastomernetzwerke verhinderten. Bei den Seitenkettenelastomeren wurde durch Reorientierungsreaktionen der photoaktiven Azomoleküle während der Messungen ein optisches Gitter auf der bestrahlten Oberfläche der Elastomere induziert und metastabil erhalten. Dieses Phänomen wurde mittels Elektronenmikroskopie und Polarisationsmikroskopie eingehend untersucht und das Reorientierungsphänomen erklärt.
Azo, Optomechanik, lc, elastomer, liquid crystal
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