Ein Thermometer aus Flüssigkristallen

Präsentation zum Thema: "Ein Thermometer aus Flüssigkristallen"—  Präsentation transkript:

1 Ein Thermometer aus Flüssigkristallen
Modulsponsor: Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert. September 2014

2 Flüssigkristall im Wasserbad
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.

3 Inhalt Einführung Experimentelle Durchführung Theoretische Grundlagen
Materialien, Chemikalien, Vorgehen Sicherheitshinweise Theoretische Grundlagen Sichtbares Licht Thermotrope Flüssigkristalle Lernziele/Kontrollfragen

4 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“

5 Experimentelle Durchführung
Video: Vorgehen bei der Herstellung eines Flüssigkristall-Thermometers Video Flüssigkristalle

6 Experimentelle Durchführung
Flüssigkristallthermometer bei Raumtemperatur Quelle: Swiss Nano-Cube

7 Experimentelle Durchführung
Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

8 Theoretische Grundlagen
Repetition: Wellen und sichtbares Licht Zu welcher Art von Wellen gehören Lichtwellen?

9 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

10 Theoretische Grundlagen
Repetition: Wellen und sichtbares Licht Wie werden Lichtwellen charakterisiert?

11 Theoretische Grundlagen
Repetition: Wellen und sichtbares Licht Wellenlänge λ Amplitude A Quelle: Swiss Nano-Cube Wellenlänge sichtbares Licht: 400 nm bis 700 nm

12 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

13 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.

14 Theoretische Grundlagen
Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen Helix/Pitch (Ganghöhe) Längsachse eines Moleküls Molekülebene im Flüssigkristall Quelle: Swiss Nano-Cube

15 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. nm Quelle: Swiss Nano-Cube

16 Theoretische Grundlagen
Die Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt zwischen und 700 nm und damit im Bereich der Ganghöhe der Helix von Flüssigkristallen!

17 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.

18 Theoretische Grundlagen
Flüssigkristalle und sichtbares Licht Quelle: Swiss Nano-Cube

19 Theoretische Grundlagen
Anwendungen LCD = Liquid Crystal Display = Flüssigkristallbildschirm Farben werden durch Flüssigkristalle erzeugt. Die Ordnung der Moleküle der Flüssigkristalle wird in LCD- Bildschirmen durch Veränderung der elektrischen Spannung beeinflusst. Je nach Ordnungsgrad besitzen die Flüssigkristalle eine andere Farbe.

20 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 Temperatur-veränderungen ihre Farbe ändern können.