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Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04,

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Präsentation zum Thema: "Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04,"—  Präsentation transkript:

1 Datum: Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) , Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Flüssigkristalle September 2014 Ein Thermometer aus Flüssigkristallen Modulsponsor: Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert.

2 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Thermotrope Flüssigkristalle ändern ihre Farbe in Abhängigkeit der Temperatur 2 Quelle: Swiss Nano-Cube Flüssigkristall im Wasserbad Detaillierte Informationen zum Thema sind in der Experimentieranleitung „Flüssigkristalle“ zu finden.

3 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Inhalt 3  Einführung  Experimentelle Durchführung  Materialien, Chemikalien, Vorgehen  Sicherheitshinweise  Theoretische Grundlagen  Sichtbares Licht  Thermotrope Flüssigkristalle  Lernziele/Kontrollfragen

4 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Einführung 4 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 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 5 Video Flüssigkristalle Video: Vorgehen bei der Herstellung eines Flüssigkristall-Thermometers

6 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 6 Flüssigkristallthermometer bei Raumtemperatur Quelle: Swiss Nano-Cube

7 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Experimentelle Durchführung 7 Sicherheitshinweise Schutzbrille, Labormantel, Handschuhe

8 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 8 Theoretische Grundlagen Repetition: Wellen und sichtbares Licht Zu welcher Art von Wellen gehören Lichtwellen?

9 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 9 Elektromagnetische Wellen Quelle: Swiss Nano-Cube 0.01 nm 1 nm100 nm 400 nm 700 nm1 cm 1 km sichtbares Licht

10 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 10 Theoretische Grundlagen Repetition: Wellen und sichtbares Licht Wie werden Lichtwellen charakterisiert?

11 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 11 Wellenlänge λ Amplitude A Repetition: Wellen und sichtbares Licht Quelle: Swiss Nano-Cube Wellenlänge sichtbares Licht: 400 nm bis 700 nm

12 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 12 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. FlüssigkeitKristall Flüssigkristall Temperaturzunahme Hohe Ordnung Molekülordnungs-GradAbnehmende OrdnungKeine Ordnung

13 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 13 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 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 14 Aufbau von „thermotropen“ Flüssigkristallen Helix/Pitch (Ganghöhe) Quelle: Swiss Nano-Cube Längsachse eines Moleküls Molekülebene im Flüssigkristall

15 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 15 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. Quelle: Swiss Nano-Cube nm

16 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 16 Die Wellenlänge von sichtbarem Licht liegt zwischen 400 und 700 nm und damit im Bereich der Ganghöhe der Helix von Flüssigkristallen!

17 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 17 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 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 18 Flüssigkristalle und sichtbares Licht Quelle: Swiss Nano-Cube

19 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen Theoretische Grundlagen 19 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 © Swiss Nano-Cube/Die Innovationsgesellschaft St. Gallen 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. 20


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