Transcript Flüssigkristalle PowerPoint-Präsentation

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
Flüssigkristalle
Ein Thermometer aus Flüssigkristallen
Modulsponsor:
Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der
Metrohm Stiftung Herisau realisiert.
Datum:
September 2014
Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen
Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]
www.swissnanocube.ch
Thermotrope Flüssigkristalle ändern ihre Farbe in
Abhängigkeit der Temperatur
Quelle: Swiss Nano-Cube
Flüssigkristall im Wasserbad
Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Flüssigkristalle“ zu finden.
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Inhalt
 Einführung
 Experimentelle Durchführung

Materialien, Chemikalien, Vorgehen

Sicherheitshinweise
 Theoretische Grundlagen

Sichtbares Licht

Thermotrope Flüssigkristalle
 Lernziele/Kontrollfragen
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Einführung
Verwendung von Flüssigkristallen in LCD Bildschirmen
 Flüssigkristalle können auf Veränderungen ihrer
Umgebung mit einer Farbveränderung reagieren.

Elektrische Spannung

Magnetfelder

Temperatur
 LCD Bildschirm: „Liquid Crystal Display“
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Experimentelle Durchführung
Video: Vorgehen bei der Herstellung eines Flüssigkristall-Thermometers
Video Flüssigkristalle
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Experimentelle Durchführung
Flüssigkristallthermometer bei Raumtemperatur
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Experimentelle Durchführung
Sicherheitshinweise
Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe
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Theoretische Grundlagen
Repetition: Wellen und sichtbares Licht
Zu welcher Art von Wellen gehören Lichtwellen?
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Theoretische Grundlagen
Elektromagnetische Wellen
0.01 nm
1 nm
100 nm
400 nm
700 nm
1 cm
1 km
sichtbares Licht
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
Repetition: Wellen und sichtbares Licht
Wie werden Lichtwellen charakterisiert?
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Theoretische Grundlagen
Repetition: Wellen und sichtbares Licht
Wellenlänge λ
Amplitude A
Quelle: Swiss Nano-Cube
Wellenlänge sichtbares Licht: 400 nm bis 700 nm
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Theoretische Grundlagen
Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen

Thermotrope Flüssigkristalle sind Überganszustände zwischen
der festen (kristallinen) und der flüssigen Phase.

Je „flüssiger“ eine Substanz, desto weniger Ordnung weisen die
Moleküle auf.

Je nach Temperatur sind die Moleküle im Überganszustand
unterschiedlich stark geordnet.
Kristall
Flüssigkristall
Flüssigkeit
Hohe Ordnung
Abnehmende Ordnung
Keine Ordnung
Molekülordnungs-Grad
Temperaturzunahme
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Theoretische Grundlagen
Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen

Flüssigkristalle können nur entstehen, wenn die Moleküle
bestimmte Symmetrieeigenschaften haben: Mesogene
Eigenschaften.

Flüssigkristalle bestehen aus mehreren Molekülschichten.
 Die Längsachsen der Moleküle einer Schicht zeigen alle in die
gleiche Richtung.
 Die Längsachsen der übereinander gelegenen Moleküle sind
leicht gegeneinander verschoben. Es entsteht eine
wendeltreppenförmige Anordnung, eine sogenannte Helix.
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Theoretische Grundlagen
Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen
Helix/Pitch (Ganghöhe)
Längsachse eines Moleküls
Molekülebene im Flüssigkristall
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen

Die Ganghöhe ist abhängig von der Temperatur und liegt im
Bereich von 400 bis 700 nm.

Wenn die Temperatur zunimmt, driften die Moleküle auseinander
und die Ganghöhe wird grösser.
400-700 nm
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
Die Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt zwischen 400
und 700 nm und damit im Bereich der Ganghöhe der Helix
von Flüssigkristallen!
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Theoretische Grundlagen
Flüssigkristalle und sichtbares Licht

Flüssigkristalle können mit Lichtwellen wechselwirken.
 Jene Lichtwellen, deren Wellenlängen der Ganghöhe der Helix
entsprechen, werden reflektiert.
 Flüssigkristalle verändern das Spektrum des sichtbaren
Lichtes.
 Je nach Temperatur ist die Ganhöhe verschieden und andere
Wellenlängen des Spektrums werden reflektiert.
 Die Farbe der Flüssigkristalle ist somit abhängig von der
Temperatur.
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Theoretische Grundlagen
Flüssigkristalle und sichtbares Licht
Quelle: Swiss Nano-Cube
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Theoretische Grundlagen
Anwendungen

LCD = Liquid Crystal Display = Flüssigkristallbildschirm
 Farben werden durch Flüssigkristalle erzeugt.
 Die Ordnung der Moleküle der Flüssigkristalle wird in LCDBildschirmen durch Veränderung der elektrischen Spannung
beeinflusst.
 Je nach Ordnungsgrad besitzen die Flüssigkristalle eine
andere Farbe.
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Lernziele/Kontrollfragen
 Den Unterschied zwischen einem Flüssigkristall und einem
festen Kristall verstehen.
 Verstehen, was ein thermotroper Flüssigkristall ist.
 Verstehen, was eine Flüssigkristall-Helix ist und wie die
Eigenschaften der Helix (Ganghöhe) durch die Temperatur
beeinflusst werden.
 Verstehen, warum Flüssigkristalle bei Temperaturveränderungen ihre Farbe ändern können.
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