Eine strahlende Zukunft für Hybridmaterialien
Im Jahr 2010 wurde erstmals über Clustomesogene berichtet, die Flüssigkristalle (deren zentrale Einheit ein Mesogen ist) mit oktahedralen Clustern von sechs Metallatomen (M6-Clustern) verbinden. Im Rahmen des Projekts "Luminescent liquid crystalline materials based on metal clusters" (MESOCLUST) setzten EU-finanzierte Wissenschaftler neue Maßstäbe mit neuartigen Verarbeitungsverfahren, durch die Probleme gelöst werden sollen, die mit der Metallcluster-Synthese verbunden sind.Flüssigkristalle, sich selbst anordnendes molekulares Material, weisen ein Verhalten auf, das einer Zwischenstufe zwischen Flüssigkeit und Feststoff entspricht. Die Moleküle sind teilweise wie in einem Kristall angeordnet, bleiben jedoch eher beweglich wie in einer Flüssigkeit. Metallcluster sind Gruppen aus wenigen Atomen, die durch Metallbindungen zusammengehalten werden, was ihnen ungewöhnliche elektrische, optische und magnetische Eigenschaften verleiht.Clustomesogene kombinieren die Fähigkeit zur Selbstanordnung von Flüssigkeit mit der starken Lumineszenz der Cluster im roten bis in die Nähe des infraroten Bereichs. Die M6-Cluster ermöglichen Photolumineszenz mit einer Quantenausbeute (das Verhältnis zwischen Absorption und Emission), die sich an 100 % annähern kann. Die Verbindungen entsprechen über einen großen Temperaturbereich hinweg Flüssigkristallen in ihrem Verhalten, wodurch sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind, darunter Analyse- und Anzeigegeräte.Die Forscher nutzten die Atombindungen und die ionische Selbstanordnung, um die Kombination von M6-Nanoclustern mit der Flüssigkristallanordnung zu erleichtern. Die ursprünglichen Cluster bestanden aus Molybdän. In diesem Fall verwendeten die Wissenschaftler Molybdän, Wolfram und Rhenium. Der Schlüssel zum Erfolg lag in der Nutzung organischer Liganden, um die Anzahl und Position der Flüssigkristallgruppen zur Funktionalisierung der M6-Cluster zu steuern. Die Bindung wirkte sich nicht auf die Emissionseigenschaften aus, während die verliehenen Funktionalitäten über den gesamten Temperaturbereich hinweg aufrechterhalten werden konnten.Mehrere neue Materialien dienten als Prüfmuster für elektrooptische und photophysikalische Eigenschaften. Die Ergebnisse liefern eine stabile Basis für die Korrelation der chemischen Struktur der neuartigen Hybridmaterialien und ihrem Verhalten als Flüssigkristalle.Clustomesogene stellen eine interessante neue Materialklasse da, welche die Beweglichkeit und Selbstanordnungsfähigkeit von Flüssigkristallen mit der starken Lumineszenz von Metallclustern verbinden. Obwohl das Steuern der Bildung von Bindungen und Struktur eine technische Herausforderung bedeutet, wenn Cluster von sechs Atomen im Nanomaßstab manipuliert werden, konnten die Wissenschaftler von MESOCLUST dies souverän erreichen. So wird weitere Erforschung neuer Materialkombinationen und die Entwicklung von Anwendungen ermöglicht.
