Ein ordentliches Ergebnis

News: Ein ordentliches Ergebnis

Unter Spannung gesetzt stellen sich die organischen Stäbchen in einer gelartigen Masse in Reih und Glied und bilden eine Mikrostruktur mit besonderen optischen Eigenschaften. Einmal eingeregelt bleibt die Struktur des neuen Materials erhalten und regt sogar noch angrenzende Bereiche zur Selbstorganisation an.

Fensterscheiben und Brillengläser, die sich bei zunehmender Helligkeit dunkler färben, sind besonders im Sommer eine feine Sache. Auch als optoelektronische Bauteile sind solche Materialien von Interesse. Dahinter verbergen sich so genannte nichtlineare optische Eigenschaften, also optische Eigenschaften, die sich mit der Lichtstärke verändern.

Voraussetzung für die besonderen optischen Eigenschaften ist eine sehr regelmäßige Mikrostruktur. Oft ist es nur mit aufwendigen Techniken möglich, den Stoffen diese Strukturen aufzuzwingen. Interessant sind daher Materialien, die sich per Selbstorganisation zu solchen Mikrostrukturen anordnen.

Robert Corriu und seine Kollegen von der Université Montpellier in Frankreich synthetisierten nun vielversprechende polymere organisch-anorganische Hybridmaterialien. Eines der aktuellen Testobjekte in den französischen Labors besteht aus stäbchenförmigen organischen Einheiten, die über anorganische Enden aus Silizium und Sauerstoff hochgradig quervernetzt sind.

Aus der anfänglichen Lösung der Vorläufer-Moleküle wird nach etwa drei Tagen ein festes Gel. Die Chemiker fügten der Reaktionsmischung außerdem eine Chromverbindung hinzu, die sich an die organischen "Stäbchen" anlagert.

Damit sensibilisieren sie die "Stäbchen" für ein elektrisches Feld: Legt man während der Vernetzung eine elektrische Spannung an die Reaktionskammer, entsteht bereits nach etwa 24 Stunden ein festes Gel.

Damit erreichen sie, dass in dem Gel die einzelnen "Stäbchen" ausgerichtet vorliegen. Diese Ordnung bleibt auch nach dem Abschalten der Spannung dauerhaft erhalten, wie die Wissenschaftler an Gelen feststellten, die sie zwei Jahre gelagert hatten.

Frappierend war eine weitere Beobachtung: Wird nur an eine Hälfte der Reaktionskammer eine Spannung angelegt, ist nach einem Tag auch nur in dieser Hälfte ein geordnetes Gel entstanden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung abgeschaltet. Nach zwei weiteren Tagen findet sich in der anderen Hälfte der Kammer ein Gel, das trotzdem dieselbe geordnete Mikrostruktur aufweist.

"Nach der Vernetzung altert das Gel unter Umstrukturierung. Erst in diesem Schritt entsteht die Ordnung", erklärt Corriu. "Im Laufe der Vernetzungsreaktion entstehen durch das elektrische Feld aber bereits geordnete Mikrodomänen. Wenn sie aus der einen in die andere Hälfte der Reaktionskammer wandern, dienen sie dort als Keime für den Selbstorganisationsprozess. Für das Weiterschreiten der Selbstorganisation ist dagegen kein elektrisches Feld mehr notwendig."