R. Stannarius: Magneto-optisch schaltbare anisotrope Farbstoffsuspensionen

Beschreibung

Ziel ist die Kombination zweier erfolgreicher Konzepte der Soft-Matter-Physik, magnetischer Fluide und flüssiger Kristalle, um eine neue Klasse von Materialien für magneto-optisches Schalten und magneto-mechanische Effekte zu entwickeln. Suspensionen magnetischer Partikel haben bereits vielfältige Anwendungen gefunden, flüssige Kristalle (LC) wiederum vereinen Fluidität mit spontaner Ordnung und Anisotropie. Bemühungen, stabile ferro-nematische Suspensionen mit molekularen LC herzustellen, waren bisher aus verschiedenen Gründen wenig erfolgreich.

Wir nutzen einen neuen, alternativen Zugang, ausgehend von Suspensionen anisotroper Pigment-Kristallite, die nematische Phasen ausbilden können [1]. Diese Suspensionen sind mechanisch und elektrisch charakterisiert worden [2,3] und stabile Suspensionen mit darin dispergierten ferromagnetischen Partikeln wurden hergestellt. Diese paramagnetischen Suspensionen zeigen in starken magnetischen Feldern (mehrere Tesla) ungewöhnliche magneto-optische Effekte, bei denen ferromagnetische und diamagnetische Drehmomente in Konkurrenz stehen [4]. Aber bereits in schwachen Feldern in der Größenordnung von einigen Millitesla können wir in verdünnten (isotropen) Suspensionen anisometrischer Kristallite, in denen ferromagnetische Partikeln dispergiert wurden, relevante magneto-optische Effekte wie zum Beispiel ungewöhnlich starke magnetisch induzierte Doppelbrechung nachweisen, die durch einen ‚Command‘-Effekt der dispergierten magnetischen Partikel auf die Kristallite hervorgerufen werden.

Ziel der weiteren Arbeiten ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf Suspensionen mit höheren Konzentrationen von Pigmentpartikeln, die spontan nematische Phasen ausbilden. Gleichzeitig werden rheologische Untersuchungen in Magnetfeldern an diesen Systemen durchgeführt, um die Wechselwirkung zwischen magnetisch und scherinduzierter Reorientierung der Kristallite zu analysieren.

Gemeinsam mit einem ukrainischen Kooperationspartner (Y. Reznikow) studieren wir magneto-optische und elektro-optische Phänomene an den genannten Systemen.

Polarisationsmikroskopische Aufnahme einer nematischen Suspension (etwa 200 nm lange Pigmentkristallite in einem apolaren Lösungsmittel) mit flussinduzierten Texturen des Direktorfeldes um Lufteinschlüsse.

Projektleiter

Prof. Dr. Ralf Stannarius, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Projektmitarbeiter

PD Dr. Alexey Eremin, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
DP Kathrin May, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Förderzeitraum

2013 -

Publikationen

[1] A. Eremin et al., Adv. Funct. Mater. 21 402 (2011)

[2] K. May et al. Electric-Field-Induced Phase Separation and Homogenization Dynamics in Colloidal Suspensions of Dichroic Rod-Shaped Pigment Particles. Langmuir 30 7070 (2014)

[3] K. May et al. Piezoelectric fiber mats containing polar rodshaped pigment particles. RSC Advances 4 44223 (2015)

[4] A. Eremin, R. Stannarius, Y. Geng, T. Ostapenko, P. K. Challa, J. T. Gleeson, A. Jakli, and S. Klein. Peculiarities of the magneto-optical response in dispersions of anisometric pigment nanoparticles. RSC Advances, 6 80666, (2016)

[5] Ingo Appel, Hajnalka Nadasi, Christian Reitz, Nerea Sebastiaan, Horst Hahn, Alexey Eremin, Ralf Stannarius, and Silke S. Behrens. Doping of nematic cyanobiphenyl liquid crystals with mesogenhybridized magnetic nanoparticles. Phys. Chem. Chem. Phys., in press, (2017)

[6] K. May, A. Eremin, R. Stannarius, B. Szabo, T. Börzsönyi, I. Appel, S. Behrens, and S. Klein. Exceptionally large magneto-optical response in dispersions of plate-like nanocrystallites and magnetic nanoparticles. J. Magn. Magn. Materials, 431 79, (2017).

[7] A. M. Storozhenko, R. Stannarius, A. O. Tantsyura, and I. A. Shabanova. Measurement of the torque on diluted ferrofluid samples in rotating magnetic elds. J. Magn. Magn. Materials, 431 66, (2017).

[8] K. May, A. Eremin, R. Stannarius, S. Peroukidis, S. Klapp, and S. Klein. Colloidal suspensions of rodlike nanocrystals and magnetic spheres under external magnetic stimulus: Experiment and molecular dynamics simulation. Langmuir, 32 5085, (2016)

Kontakt

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