Pracovní skupina kapalných krystalů studuje nové typy kapalných krystalů s dipolárním uspořádáním. Cílem studia je lépe porozumět příčinám vzniku fází, topologickým defektům a nízkofrekvenčním relaxacím, které zjišťujeme pomocí dielektrické spektroskopie.
Molekuly těchto látek mají různý tvar, např. protáhlý ve tvaru tyčinky (anglicky „rod-like“) nebo zalomený ve tvaru banánu („banana-like“), případně nesymetricky zalomený ve tvaru hokejky („hockey-stick“). Naší snahou je zjistit jak souvisí tvar molekuly, případně její chemické složení (typ substitucí či charakter postranních řetězců) se schopností molekul vytvářet kapalně krystalické fáze. V případě chirálních molekul protáhlého tvaru se mohou vyskytovat feroelektrická (FE) a antiferoelektrická fáze (AF), které umožňují přepínání v elektrickém poli a vytvářejí potenciál pro různé druhy aplikací.
Stále se objevují nové typy uspořádání takovýchto molekul a našim úkolem je pozorované fáze popsat a prostudovat jejich vlastnosti. Studujeme např. tzv. de Vries látky, které vykazují malou změnu tloušťky vrstvy při fázovém přechodu ze smektické do FE fáze. Cílenou syntézou a modifikací studovaných molekul je možné ovlivňovat některé fyzikální vlastnosti, které se mohou uplatnit při aplikacích těchto látek. Dodáním nových skupin nebo vazeb do kapalně krystalických molekul (fotosenzitivní azo skupina, luminiscenční jádra apod.) získáváme možnost studovat nové funkční materiály, které mají další zajímavé vlastnosti, jako je polarizovaná luminiscence, fotoferoelektrický jev atd. V poslední době se začínáme zabývat hybridními systémy různých typů nanočástic (většinou anorganického charakteru) a kapalných krystalů, kde je snahou využít jejich samouspořádávací schopnosti.
Multifunkční materiály spontánně se uspořádávající na vzdálenosti nanometrů
V. Novotná
Projekt GA ČR 204/11/0723 (2011-2014)
Moderní kapalné krystalické materiály: optické vlastnosti, Ramanovský a RTG rozptyl
M. Glogarová
Bilaterální projekt AV ČR –DAAD (Německo) D4-CZ5/10-11 (2010-2011)
Smektické kapalné krystaly s uspořádáním na molekulární úrovni ve vzdálenosti nanometrů
A. Bubnov
Federální agentura pro vědu a inovace (Rusko) No. 02.740.11.5166 (2010-2011)
Syntéza a charakterizace reaktivních mesogenních monomerů a jejich využití v síťovaných polymerních systémech
V. Hamplová, A. Bubnov
Bilaterální projekt AVČR-MAV (Maďarsko) No. 4 (2010-2012)
Nové funkční materiály s mesogenními molekulami obsahujícími fluorované řetězce a fotocitlivé skupiny
A. Bubnov
GAAV ČR IAA100100911 (2009-2011)
Molekulární struktura a fáze nových polárních kapalných krystalů
L. Lejček
GA ČR 202/09/0047 (2009-2011)
Molekulární přepínače založené na kapalné krystalických materiálech
M. Glogarová
ESF COST D35 WG13-05 (2006-2011)
Byly připraveny nové typy kapalně krystalických látek s molekulami lomeného tvaru, které mají v bočním rameni thiofenové jádro. Thiofen v bočním řetězci byl vůbec poprvé úspěšně použit při syntéze takovýchto sloučenin. Byly pozorovány textury v polarizovaném světle optického mikroskopu, bylo provedeno měření DSC a studovány elektro-optické vlastnosti. Pro sloučeniny substituované skupinou CH3 nebo atomem chloru byl zjištěn výskyt B2 fáze, která je přepínatelná v elektrickém poli. Modulovaná sloupcová fáze označovaná B7 byla nalezena v materiálech substituovaných kyano skupinou. Byly stanoveny strukturní parametry pomocí rentgenovských měření. Podařilo se ukázat, že thiofen v bočním řetězci ve srovnání s látkami s benzenovým jádrem způsobuje celkové snížení teplot fázového přechodu. [V. Kozmík a kol., J. Mater. Chem. 21, 3153 (2010)].
Obr. 1: Chemický vzorec a model studované molekuly lomeného tvaru (banana-like) substituované kyano skupinou. Vpravo je fotografie textury sloupcové B7 fáze, pozorované v tomto materiálu.
Bylo syntetizováno a prozkoumáno 15 nových kapalně krystalických látek se zahnutými nesymetrickými molekulami odvozenými od 7-hydroxynaftalen-2-karboxylické kyseliny, při čemž centrální naftalenové jádro bylo substituováno chlorem nebo metylovou skupinou. Na základě studia textur v planárních vzorcích, kalorimetrického studia, difrakce rtg. záření a dielektrických měření byly zjištěny mesomorfní vlastnosti (tj.fázové přechody a sekvence fází) jednotlivých látek. Vyskytla se antiferoelektrická B2 fáze a poměrně vzácné polární sloupcové fáze. U látek substituovaných chlorem byla zjištěna i nematická fáze, jejíž výskyt společně se sloupcovou fází je zcela unikátní. Práce přispěla k pochopení vztahů mezi molekulární strukturou látek a jejich mesomorfními vlastnostmi (viz. M. Kohout a kol., J. Mater. Chem. 19, 3153 (2009)).
U nově připravených látek s boční substitucí atomem fluoru v centrální části jádra molekuly protáhlého tvaru byly studovány různé typy domén v planárních vzorcích. Kromě uniformních domén se zde vyskytují i tzv. twistované domény, které se v nechirální smektické C fázi nevyskytují. Přítomnost twistovaných domén tedy svědčí o stabilizaci spontánně vznikajících axiálních konformerů a dokazuje to konformační chiralitu těchto typů látek. Byl navržen model na základě polárního kotvení molekul na povrchu vzorku, který vysvětluje toto chování studovaných struktur [M. Glogarová. a kol., J. Chem. Phys. 133, 221102 (2010)].
Copyright © 2008-2010, Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i.
