{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1875"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1875","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Optische und mechanische Untersuchungen an cholesterischen Elastomerfilmen","abstract":"Cholesterische Phasen reflektieren zirkular polarisiertes Licht einer definierten Wellenlänge. Durch die Kopplung der Mesophase an das Polymernetzwerk besteht bei cholesterischen Elastomeren die Möglichkeit, die Selektivreflexionsbande durch eine mechanische Deformation zu verschieben. Allerdings findet man bei cholesterischen Elastomeren ein von niedrigmolekularen, cholesterischen Flüssigkristallen verschiedenes Reflexionsverhalten. Die Halbwertsbreite der Selektivreflexionsbande übersteigt den Wert um ein Vielfaches, den man für niedrigmolekulare Systeme findet. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß der Kopplung zwischen Polymernetzwerk und cholesterischer Phasenstruktur auf die Halbwertsbreite und die Mikrostruktur der Elastomere zu untersuchen. Dazu wurden durch die einheitliche Orientierung von photovernetzbaren cholesterischen Polymeren mittels Wechselwirkung mit Substratgrenzflächen und nachfolgender UV-Vernetzung cholesterische Elastomere mit Monodomänenstruktur synthetisiert.
Durch thermoelastische Experimente konnte gezeigt werden, dass sich die globale Netzkettenkonformation der cholesterischen Elastomere direkt über die lokale Netzkettenkonformation mittels des Odd-Even-Effektes steuern lässt. Durch das Mischen von mesogenen Seitengruppen, die eine unterschiedliche Orientierung relativ zur Polymerhauptkette bevorzugen, konnte die Anisotropie der Knäuelkonformation, und damit die Kopplung zwischen Polymernetzwerk und Mesophase, systematisch variiert werden. Es konnte eine homologe Reihe von Elastomeren mit unterschiedlichen Netzwerkanisotropien realisiert werden.
Die optische Charakterisierung der Elastomere ergab signifikant verschmälerte Selektivreflexionsbanden für die cholesterischen Elastomere mit Mischungen aus mesogenen Seitengruppen mit gerader und ungerader Anzahl an Spaceratomen. Das bedeutet also, dass die Verbreiterung der Reflexionsbanden bei cholesterischen Elastomeren direkt auf die Kopplung zwischen der cholesterischen Flüssigkristallphase und dem Polymernetzwerk zurückzuführen ist. Die Stärke der Kopplung wird durch die Anisotropie der Netzkettenkonformation bestimmt.
Durch die Variation der Spacerlängen zwischen drei und sechs Kohlenstoffatomen wurde der Einfluss von Phasenbiaxialität der cholesterischen Phase auf die Halbwertsbreite der Selektivreflexionsbande untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass in den vorliegenden Systemen eine möglicherweise vorliegende Phasenbiaxialität keinen Einfluss auf die Halbwertsbreite der Reflexionsbande der cholesterischen Elastomere hat.
Die Mikrostruktur von cholesterischen Elastomeren mit unterschiedlichen Netzwerkanisotropien wurde untersucht. Es wurde gezeigt, dass durch die Reduktion der Anisotropie des Polymerknäuels die Ausbildung einer hochgeordneten, cholesterischen Struktur ermöglicht wird.
Durch die verbesserten optischen Eigenschaften der Elastomere und die nahezu ideale Struktur der Elastomere wurde die durchstimmbare Laseremission mit niedriger Emissionsschwelle in den Systemen ermöglicht. Ein mit Fluoreszenzsfarbstoff versetztes, cholesterisches Elastomer wurde unter biaxialer Deformation untersucht. Die optische Bandlücke verschiebt sich bei biaxialer Deformation proportional zur reduzierten Dicke in Richtung kürzerer Wellenlängen. Dabei bleibt die Form der Reflexionsbande während der gesamten Deformation erhalten. Das bedeutet, dass die cholesterische Phasenstruktur während der Deformation nicht gestört wird und die Zahl der Direktorrotationen entlang der Helixachse konstant bleibt. Die Wellenlänge der Laseremission konnte in dem untersuchten System durch biaxiale Verstreckung um etwa 90 nm verschoben werden. Bei dem untersuchten Elastomer wurde eine sehr niedrige Laserschwelle gefunden, die mit denen von niedrigmolekularen Systemen vergleichbar ist.","abstract_html":"Cholesterische Phasen reflektieren zirkular polarisiertes Licht einer definierten Wellenlänge. Durch die Kopplung der Mesophase an das Polymernetzwerk besteht bei cholesterischen Elastomeren die Möglichkeit, die Selektivreflexionsbande durch eine mechanische Deformation zu verschieben. Allerdings findet man bei cholesterischen Elastomeren ein von niedrigmolekularen, cholesterischen Flüssigkristallen verschiedenes Reflexionsverhalten. Die Halbwertsbreite der Selektivreflexionsbande übersteigt den Wert um ein Vielfaches, den man für niedrigmolekulare Systeme findet. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß der Kopplung zwischen Polymernetzwerk und cholesterischer Phasenstruktur auf die Halbwertsbreite und die Mikrostruktur der Elastomere zu untersuchen. Dazu wurden durch die einheitliche Orientierung von photovernetzbaren cholesterischen Polymeren mittels Wechselwirkung mit Substratgrenzflächen und nachfolgender UV-Vernetzung cholesterische Elastomere mit Monodomänenstruktur synthetisiert. <br>Durch thermoelastische Experimente konnte gezeigt werden, dass sich die globale Netzkettenkonformation der cholesterischen Elastomere direkt über die lokale Netzkettenkonformation mittels des Odd-Even-Effektes steuern lässt. Durch das Mischen von mesogenen Seitengruppen, die eine unterschiedliche Orientierung relativ zur Polymerhauptkette bevorzugen, konnte die Anisotropie der Knäuelkonformation, und damit die Kopplung zwischen Polymernetzwerk und Mesophase, systematisch variiert werden. 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Durch thermoelastische Experimente konnte gezeigt werden, dass sich die globale Netzkettenkonformation der cholesterischen Elastomere direkt über die lokale Netzkettenkonformation mittels des Odd-Even-Effektes steuern lässt. Durch das Mischen von mesogenen Seitengruppen, die eine unterschiedliche Orientierung relativ zur Polymerhauptkette bevorzugen, konnte die Anisotropie der Knäuelkonformation, und damit die Kopplung zwischen Polymernetzwerk und Mesophase, systematisch variiert werden. Es konnte eine homologe Reihe von Elastomeren mit unterschiedlichen Netzwerkanisotropien realisiert werden.
Die optische Charakterisierung der Elastomere ergab signifikant verschmälerte Selektivreflexionsbanden für die cholesterischen Elastomere mit Mischungen aus mesogenen Seitengruppen mit gerader und ungerader Anzahl an Spaceratomen. Das bedeutet also, dass die Verbreiterung der Reflexionsbanden bei cholesterischen Elastomeren direkt auf die Kopplung zwischen der cholesterischen Flüssigkristallphase und dem Polymernetzwerk zurückzuführen ist. Die Stärke der Kopplung wird durch die Anisotropie der Netzkettenkonformation bestimmt.
Durch die Variation der Spacerlängen zwischen drei und sechs Kohlenstoffatomen wurde der Einfluss von Phasenbiaxialität der cholesterischen Phase auf die Halbwertsbreite der Selektivreflexionsbande untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass in den vorliegenden Systemen eine möglicherweise vorliegende Phasenbiaxialität keinen Einfluss auf die Halbwertsbreite der Reflexionsbande der cholesterischen Elastomere hat.
Die Mikrostruktur von cholesterischen Elastomeren mit unterschiedlichen Netzwerkanisotropien wurde untersucht. Es wurde gezeigt, dass durch die Reduktion der Anisotropie des Polymerknäuels die Ausbildung einer hochgeordneten, cholesterischen Struktur ermöglicht wird.
Durch die verbesserten optischen Eigenschaften der Elastomere und die nahezu ideale Struktur der Elastomere wurde die durchstimmbare Laseremission mit niedriger Emissionsschwelle in den Systemen ermöglicht. Ein mit Fluoreszenzsfarbstoff versetztes, cholesterisches Elastomer wurde unter biaxialer Deformation untersucht. Die optische Bandlücke verschiebt sich bei biaxialer Deformation proportional zur reduzierten Dicke in Richtung kürzerer Wellenlängen. Dabei bleibt die Form der Reflexionsbande während der gesamten Deformation erhalten. Das bedeutet, dass die cholesterische Phasenstruktur während der Deformation nicht gestört wird und die Zahl der Direktorrotationen entlang der Helixachse konstant bleibt. Die Wellenlänge der Laseremission konnte in dem untersuchten System durch biaxiale Verstreckung um etwa 90 nm verschoben werden. Bei dem untersuchten Elastomer wurde eine sehr niedrige Laserschwelle gefunden, die mit denen von niedrigmolekularen Systemen vergleichbar ist.","Cholesteric phases reflect circularly polarised light of a defined wavelength . By applying a mechanical field to the polymer network, due to the coupling between the liquid crystalline phase and the polymer network, the optical band gap can be shifted to shorter wavelength. Cholesteric elastomers show optical properties that differ from those of low molar cholesteric liquid crystals. The peak width at half height exceeds the value which is found for low molar mass systems for several times. The aim of this work was to investigate the influence of the coupling between the polymer network and the cholesteric phase structure on both the microstructure and the peak width at half height of the elastomers. For this purpose, cholesteric elastomers with monodomain structure were synthesised. The pre-polymers were oriented using surface effects and subsequently crosslinked by UV-radiation.
By means of thermoelastic measurements, we were able to show that the global net chain conformation of the cholesteric elastomers is controlled by the local net chain conformation. The local net chain conformation can be controlled using the Odd-Even-Effect. The anisotropy of the coil conformation and therefore the coupling between the liquid crystalline state of order and the polymer network was varied systematically by mixing mesogenic groups that prefer different orientations with respect to the polymer main chain.
The optical characterisation of the elastomers indicated that the reflection bands are significantly narrower for cholesteric elastomers with mixtures of mesogenic side groups with odd and even numbers of spacer atoms than for homopolymers carrying only one type of mesogenic groups. This means, that the broadening of the reflection band is caused by the coupling between the polymer network and the liquid crystalline phase structure.
The microstructures of cholesteric elastomers with different anisotropies of the coil conformations were investigated by means of TEM. The reduction of the coil anisotropy enables the formation of a highly ordered cholesteric structure.
Due to the improved optical quality of the cholesteric elastomers and their nearly ideal structure, tunable lasing with a low lasing threshold was possible. A dye-doped cholesteric elastomer was investigated under biaxial stretching. With an imposed strain the optical band gap migrates to shorter wavelengths. During the deformation the shape of the reflection band remains well preserved. This means that the cholesteric phase structure is not disturbed by the deformation and the number of director rotations stays constant during the deformation. The wavelength of the laser emission was shifted for 90 nm by the biaxial deformation."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Optische und mechanische Untersuchungen an cholesterischen Elastomerfilmen","Optical and mechanical investigations on cholesteric elastomer films"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Finkelmann, Heino"],"dc:creator":["Kniesel, Simon"],"dc:description.abstract":["Cholesterische Phasen reflektieren zirkular polarisiertes Licht einer definierten Wellenlänge. Durch die Kopplung der Mesophase an das Polymernetzwerk besteht bei cholesterischen Elastomeren die Möglichkeit, die Selektivreflexionsbande durch eine mechanische Deformation zu verschieben. Allerdings findet man bei cholesterischen Elastomeren ein von niedrigmolekularen, cholesterischen Flüssigkristallen verschiedenes Reflexionsverhalten. Die Halbwertsbreite der Selektivreflexionsbande übersteigt den Wert um ein Vielfaches, den man für niedrigmolekulare Systeme findet. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß der Kopplung zwischen Polymernetzwerk und cholesterischer Phasenstruktur auf die Halbwertsbreite und die Mikrostruktur der Elastomere zu untersuchen. Dazu wurden durch die einheitliche Orientierung von photovernetzbaren cholesterischen Polymeren mittels Wechselwirkung mit Substratgrenzflächen und nachfolgender UV-Vernetzung cholesterische Elastomere mit Monodomänenstruktur synthetisiert.
Durch thermoelastische Experimente konnte gezeigt werden, dass sich die globale Netzkettenkonformation der cholesterischen Elastomere direkt über die lokale Netzkettenkonformation mittels des Odd-Even-Effektes steuern lässt. Durch das Mischen von mesogenen Seitengruppen, die eine unterschiedliche Orientierung relativ zur Polymerhauptkette bevorzugen, konnte die Anisotropie der Knäuelkonformation, und damit die Kopplung zwischen Polymernetzwerk und Mesophase, systematisch variiert werden. Es konnte eine homologe Reihe von Elastomeren mit unterschiedlichen Netzwerkanisotropien realisiert werden.
Die optische Charakterisierung der Elastomere ergab signifikant verschmälerte Selektivreflexionsbanden für die cholesterischen Elastomere mit Mischungen aus mesogenen Seitengruppen mit gerader und ungerader Anzahl an Spaceratomen. Das bedeutet also, dass die Verbreiterung der Reflexionsbanden bei cholesterischen Elastomeren direkt auf die Kopplung zwischen der cholesterischen Flüssigkristallphase und dem Polymernetzwerk zurückzuführen ist. Die Stärke der Kopplung wird durch die Anisotropie der Netzkettenkonformation bestimmt.
Durch die Variation der Spacerlängen zwischen drei und sechs Kohlenstoffatomen wurde der Einfluss von Phasenbiaxialität der cholesterischen Phase auf die Halbwertsbreite der Selektivreflexionsbande untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass in den vorliegenden Systemen eine möglicherweise vorliegende Phasenbiaxialität keinen Einfluss auf die Halbwertsbreite der Reflexionsbande der cholesterischen Elastomere hat.
Die Mikrostruktur von cholesterischen Elastomeren mit unterschiedlichen Netzwerkanisotropien wurde untersucht. Es wurde gezeigt, dass durch die Reduktion der Anisotropie des Polymerknäuels die Ausbildung einer hochgeordneten, cholesterischen Struktur ermöglicht wird.
Durch die verbesserten optischen Eigenschaften der Elastomere und die nahezu ideale Struktur der Elastomere wurde die durchstimmbare Laseremission mit niedriger Emissionsschwelle in den Systemen ermöglicht. Ein mit Fluoreszenzsfarbstoff versetztes, cholesterisches Elastomer wurde unter biaxialer Deformation untersucht. Die optische Bandlücke verschiebt sich bei biaxialer Deformation proportional zur reduzierten Dicke in Richtung kürzerer Wellenlängen. Dabei bleibt die Form der Reflexionsbande während der gesamten Deformation erhalten. Das bedeutet, dass die cholesterische Phasenstruktur während der Deformation nicht gestört wird und die Zahl der Direktorrotationen entlang der Helixachse konstant bleibt. Die Wellenlänge der Laseremission konnte in dem untersuchten System durch biaxiale Verstreckung um etwa 90 nm verschoben werden. Bei dem untersuchten Elastomer wurde eine sehr niedrige Laserschwelle gefunden, die mit denen von niedrigmolekularen Systemen vergleichbar ist.","Cholesteric phases reflect circularly polarised light of a defined wavelength . By applying a mechanical field to the polymer network, due to the coupling between the liquid crystalline phase and the polymer network, the optical band gap can be shifted to shorter wavelength. Cholesteric elastomers show optical properties that differ from those of low molar cholesteric liquid crystals. The peak width at half height exceeds the value which is found for low molar mass systems for several times. The aim of this work was to investigate the influence of the coupling between the polymer network and the cholesteric phase structure on both the microstructure and the peak width at half height of the elastomers. For this purpose, cholesteric elastomers with monodomain structure were synthesised. The pre-polymers were oriented using surface effects and subsequently crosslinked by UV-radiation.
By means of thermoelastic measurements, we were able to show that the global net chain conformation of the cholesteric elastomers is controlled by the local net chain conformation. The local net chain conformation can be controlled using the Odd-Even-Effect. The anisotropy of the coil conformation and therefore the coupling between the liquid crystalline state of order and the polymer network was varied systematically by mixing mesogenic groups that prefer different orientations with respect to the polymer main chain.
The optical characterisation of the elastomers indicated that the reflection bands are significantly narrower for cholesteric elastomers with mixtures of mesogenic side groups with odd and even numbers of spacer atoms than for homopolymers carrying only one type of mesogenic groups. This means, that the broadening of the reflection band is caused by the coupling between the polymer network and the liquid crystalline phase structure.
The microstructures of cholesteric elastomers with different anisotropies of the coil conformations were investigated by means of TEM. The reduction of the coil anisotropy enables the formation of a highly ordered cholesteric structure.
Due to the improved optical quality of the cholesteric elastomers and their nearly ideal structure, tunable lasing with a low lasing threshold was possible. A dye-doped cholesteric elastomer was investigated under biaxial stretching. With an imposed strain the optical band gap migrates to shorter wavelengths. During the deformation the shape of the reflection band remains well preserved. This means that the cholesteric phase structure is not disturbed by the deformation and the number of director rotations stays constant during the deformation. The wavelength of the laser emission was shifted for 90 nm by the biaxial deformation."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["Selektivreflexion","Thermoelastisches Verhalten","cholesteric elastomers","selective reflection"],"dc:title":["Optische und mechanische Untersuchungen an cholesterischen Elastomerfilmen","Optical and mechanical investigations on cholesteric elastomer films"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:28Z"}