Ein seltsames Paar: Photolumineszierende Flüssigkristalle auf Basis von Metallclustern

03.05.2010 - Rumänien

Kombiniert man Flüssigkristalle (Mesogene) mit Metallclustern, erhält man Clustomesogene - so heißt eine neue Verbindungsklasse, deren erster Vertreter von Wissenschaftlern der Universitäten Rennes (Frankreich) und Bukarest (Rumänien) jetzt hergestellt wurde. Wie das Team um Yann Molard und Stéphane Cordier in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, leuchtet das Material unter Bestrahlung intensiv im roten bis infraroten Bereich.

Flüssigkristalle kennt man aus LC-Displays. Diese Materialien verhalten sich wie ein Zwischending zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff. Einerseits liegen ihre Moleküle ausgerichtet und teilweise geordnet wie in einem Kristall vor, andererseits sind sie nicht starr, sondern recht beweglich, eher wie in einer Flüssigkeit. Über eine angelegte Spannung lassen sie sich zwischen verschiedenen Zuständen schalten. Eine andere Materialklasse, die ebenfalls für den opto-elektronischen Bereich interessant ist, sind Metallcluster. Unter Clustern versteht man Ansammlungen weniger Atome. Solche winzigen „Häufchen“ zeigen außergewöhnliche elektronische, magnetische und optische Eigenschaften, die auf den darin bestehenden Metall-Metall-Bindungen beruhen und völlig anders sind als bei einem makroskopischen Metallpartikel. Dem Team gelang es, die interessanten Charakteristika beider Materialtypen zu vereinen - in Form einer neuen Stoffklasse namens Clustomesogene, die Metallcluster enthält und in einer flüssigkristallinen Phase vorliegt.

Flüssigkristalle mit Metall-Metall-Bindungen waren bisher selten und auf Spezies mit nur zwei miteinander verknüpften Metallatomen beschränkt. Die Wissenschaftler konstruierten nun ein Flüssigkristall, das oktaederförmige Cluster aus sechs Molybdänatomen enthält. Zur Stabilisierung sind oberhalb der acht Flächen des Oktaeders acht Bromionen als Liganden koordiniert. An die sechs Ecken des Oktaeders knüpften die Forscher spezielle organische Liganden an: aromatische Ringe, an denen je drei lange Kohlenwasserstoff-Ketten hängen, deren Enden durch je zwei aromatische Ringe gebildet werden. Einfaches Erhitzen löst einen Selbstorganisationsprozess aus, bei dem sich die Cluster zu langen, schmalen Einheiten strecken (siehe Bild), die sich zu einer lamellaren Struktur anordnen. Die ringförmigen Enden der Liganden benachbarter Schichten schieben sich dabei ineinander. Diese Struktur hat flüssigkristalline Eigenschaften.

Das Material zeigt eine starke Lumineszenz (Leuchten) im roten bis nahen Infrarot-Bereich bei Anregung in einem breiten Wellenlängenbereich. Derartige Stoffe könnten für die Herstellung von roten Displays und Infrarot-Signalen interessant sein. Die neue Verbindungsklasse ist im November 2009 in den USA als n° 61/264888 patentiert worden.

Originalveröffentlichung: Yann Molard et al.; "Clustomesogens: Liquid Crystal Materials Containing Transition-Metal Clusters"; Angewandte Chemie 2010, 122, No. 19, 3423-3427

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