apl. Prof. Eremin
apl. Prof. Dr. rer. nat. habil. Alexey Eremin
Abteilung Nichtlineare Phänomene
Aktuelle Projekte
Active liquid crystal emulsions
Laufzeit: 01.01.2018 bis 31.12.2025
We investigate water-based liquid crystal (LC) emulsions. When the surfactant concentration is well above the CMC, the LC droplets exhibit active dynamics. The motion of the droplets is driven by Marangoni instability at the surface which is coupled to the director configuration inside. The aim of the project to understand the underlying mechanisms of the droplet dynamics and self-assembly under external fields.
Dynamics and self-organisation in the biological soft matter.
Laufzeit: 01.01.2018 bis 31.12.2025
The project is aimed at exploring the interactions between active swimmers and form-anisotropic particles as well as collective phenomena occurring due to the hydrodynamic interactions of the swimmers in restricted geometry.
Photoswitchable liquid crystal-based colloids
Laufzeit: 01.09.2016 bis 31.12.2025
Wir untersuchen die Photoschaltung von Grenzflächen zwischen Flüssigkristallen und festen oder flüssigen Substraten. Mit photoaktiven dendrimeren Tensiden manipulieren wir die Verankerungsenergie des Flüssigkristalls. Die Auswirkungen des Photoschaltens werden sowohl in der Masse als auch in begrenzten Geometrien, wie Tröpfchen und anderen kolloidalen Systemen, untersucht.
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Abgeschlossene Projekte
Auf dem Weg zu weichen multiferroischen Materialien
Laufzeit: 01.01.2023 bis 31.12.2024
Ziel dieser gemeinsamen Forschungsinitiative ist die Entwicklung und Erforschung von Hybridsystemen, die die magnetischen Eigenschaften der ferromagnetischen Nematika mit den polaren Eigenschaften der ferroelektrischen Nematika in einem einzigen multiferroischen Material kombinieren.
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Struktur und Dynamik der nematischen Phasen aus bent-core Mesogenen mit starken smektischen Fluktuationen
Laufzeit: 10.12.2021 bis 10.12.2024
Die Form von Mesogenen ist, indem sie sterische Wechselwirkungen bestimmt, entscheidend für die Ausbildung einer Vielzahl komplexer Strukturen und für Selbstorganisationsphänomene in Flüssigkristallen. Mesophasen mit Mesogenen von nicht zylindrischer Form weisen bemerkenswerte komplexe Strukturen auf und zeigen in einigen Phasen eine sehr schnelle elektrooptische Antwort.
Beispielsweise führen verstärkte polare und smektische Fluktuationen, getrieben durch die sterischen Wechselwirkungen gekrümmter Mesogene, zur Bildung von Clusterphasen mit hoher Suszeptibilität für externe Felder. Solche responsiven Materialien bergen ein großes Potential für Anwendungen. Die Form von Mesogenen kann durch externe Stimuli kontrolliert werden, zum Beispiel durch Licht im Falle photoisomerisierbarer Moleküle.
Dieser Antrag geht von einer weitreichenden Kollaboration zwischen unserer Gruppe in Magdeburg und der Abteilung für Organische Chemie an der Martin-Luther-Universität Halle (C. Tschierske und M. Alaasar) aus. Das primäre Ziel ist die Untersuchung der Effekte durch Licht manipulierbarer Nanostrukturen auf die mikro- und makroskopischen Eigenschaften von Flüssigkristallen im Bulk und in beschränkter Geometrie.
Wir beabsichtigen, komplexe flüssigkristalline Systeme zu untersuchen, wie photoschaltbare Mesogene, die nematische, twist-bend-nematische oder bent-core-smektische Phasen mit helikal-konischer Nanostruktur ausbilden, sowie die kürzlich entdeckte polare nematische Phase.
Die zentralen Fragen sind, wie die Nanostruktur der Mesophase und Photostimulation die Bulk- und Oberflächeneigenschaften von Flüssigkristallen und das Verhalten von Kolloiden, die auf solchen Materialien basieren, beeinflussen. Wir werden das Verhalten von Flüssigkristallen im Bulk, in Tropfen und auch in Filamenten erforschen.
Das geplante Forschungsprojekt soll in fünf Phasen durchgeführt werden. Beginnend mit der Charakterisierung der Bulkeigenschaften wird sich der Schwerpunkt auf Studien zu lichtgetriebenen anchoring-Übergängen in photoschaltbaren Mesogenen und in Systemen mit photoschaltbarer Oberfläche verlagern.
Wir werden das gewonnene Wissen nutzen, um das Verhalten fester Inklusionen in einer flüssigkristallinen Matrix zu verstehen. Die translatorischen und rotatorischen Bewegungen kolloidaler Partikel werden in nematischen, twist-bend-nematischen und ferroelektrischen nematischen Phasen untersucht werden. In der letzten Phase des Projektes werden wir die Dynamik von Flüssigkristallfilamenten mit photoisomerisierbaren Mesogenen erforschen. Als Ergebnis dieser Forschungsarbeit werden wir die Mechanismen des Zusammenspiels von lichtinduzierten Formveränderungen von Mesogenen, Strukturbildungsphänomenen und den Eigenschaften neuartiger flüssigkristalliner Systeme aufklären.
Langstreckentransport in Armleuchteralgen
Laufzeit: 01.01.2020 bis 30.09.2024
Die transzelluläre Permeation und der Langstreckentransport von gelösten Stoffen sind besonders wichtig, da sie die photosynthetischen Assimilate zu den wachsenden Zellen bringen und den Transport von Signalstoffen ermöglichen, die an der Entwicklung mehrzelliger Organismen beteiligt sind. Diese Transportmechanismen hängen stark von den mechanischen und viskoelastischen Eigenschaften des zellulären Zytoplasmas ab. In den letzten Jahren ist die Untersuchung des aktiven Transports in verschiedenen biologischen und künstlichen Systemen zu einem Schwerpunkt intensiver Forschung geworden. Insbesondere die Selbstorganisation und das kollektive Verhalten aktiver Systeme scheinen über die Längenskalen hinweg viele Ähnlichkeiten aufzuweisen. Das Verständnis der physiologischen Relevanz dieser Phänomene in biologischen Systemen ist von wesentlicher Bedeutung. Algen bieten eine einzigartige Gelegenheit, den zyklosegesteuerten interzellulären Transport auf einer Längenskala von wenigen Zentimetern zu untersuchen. In diesem Antrag werden wir den Ferntransport in Zellketten von Algen erforschen und verstehen, wie die viskoelastischen Eigenschaften des Zytoplasmas den Transport von Photometaboliten unter variablen Bedingungen bestimmen. Wir werden magnetische Nano-/Mikropartikel und magnetische Emulsionen zur Messung der viskoelastischen Reaktion und zum Aufspüren biologisch aktiver Materialien im Zytoplasma einsetzen. Dies wird es uns ermöglichen, die Beziehung zwischen der Rheologie des Zytoplasmas und der Bildung von Heterogenitäten im externen pH-Wert (pH-Bänder) und der photosynthetischen Aktivität herzustellen. Es wird eine neue, nicht-invasive Methode entwickelt, um die plasmodesmale Permeation durch natürlich produzierte Photometabolite zu untersuchen und die physiologischen Mittel zur Modulation der Zell-zu-Zell-Leitfähigkeit zu ergründen. Wir wollen herausfinden, wie die Permeabilität der Plasmodesmen von der Zyklosegeschwindigkeit und dem Vorhandensein von Salinitätsstress bei Arten mit unterschiedlichen Anpassungsmechanismen an die osmotische Umwelt abhängt. Außerdem wollen wir die Rolle der zirkulierenden elektrischen Ströme bei der interzellulären Kommunikation und der Bildung von Strukturen mit unterschiedlichen photosynthetischen Aktivitäten klären.
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Gefüllte polare Flüssigkristalle mit regenschirmförmigen Mesogenen
Laufzeit: 01.11.2020 bis 31.05.2024
Die Arbeitsgruppe (AG) Lehmann (Würzburg) synthetisiert Sternmesogene basierend auf einem Subphthalocyaninkern mit konjugierten Armen (Oligothiophene, Benzothienobenzothiophene, Thienylpyrrolopyrrolthiophene) dekoriert mit aliphatischen Ketten. Diese induzieren kolumnare flüssigkristalline (LC) Phasen. Die photophysikalischen Eigenschaften werden in Lösung und dünnen Filmen untersucht. Das thermotrope Verhalten und die Struktur der Mesophasen wird mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie, der dynamischen Differenzkalorimetrie, der Röntgenstreuung (WAXS, SAXS, GISAXS), und der Modellierung in Materials Studio aufgeklärt. Die regenschirmförmigen, halbleitenden Mesogene bilden polare Phasen, die einen anormalen photovoltaischen Effekt in orientierten dünnen Filmen erwarten lassen. Hierzu wird das Orientierungsverhalten mit einer Vielzahl von Methoden (verschiedenen Oberflächen, magnetische oder elektrische Felder) in der AG Eremin (Magdeburg) untersucht. Die polaren Eigenschaften werden mittels dielektrischer Spektroskopie, optische Frequenzverdopplung (Second Harmonic Generation, SHG) und piezoelektrischer Technik studiert. An den orientierten polaren Filmen wird anschließend der anormale photovoltaische Effekt erprobt. Diese Materialien sollen einen Photostrom ohne Donor-Akzeptor-Übergang (p/n) zeigen.
Die Ergebnisse hinsichtlich der Phasenübergänge, Übergangstemperaturen, Orientierung und Photostrom fließen wieder in die Synthese ein, um die LC Materialen zu optimieren. Des Weiteren präpariert die AG Lehmann Derivate der Sternmesogene, bei denen an die konjugierten Arme über verschieden lange flexible Abstandshalter Fullerene (C60) geknüpft sind. Diese Moleküle sind sterisch überfrachtet und bilden keine LC Phasen. Die ursprünglichen Mesogene ohne Fullerene besitzen jedoch zwischen ihren Armen intrinsische Freiräume, die C60 aufnehmen können. Daher führt die Mischung dieser Moleküle mit den sterisch überfrachteten Fullerenderivaten zu neuen polaren, hochgeordneten, kolumnaren Donor-Akzeptor LC Phasen. Dies sind gefüllte Mesophasen, deren Struktur-Eigenschaftsbeziehungen detailliert in den AGs Lehmann und Eremin aufgeklärt werden - d.h. deren Struktur, photophysikalische und polare Eigenschaften, Orientierbarkeit, Ladungsträgerbeweglichkeiten mit der Time-Of-Flight-Methode und die photovoltaischen Eigenschaften. Letztere werden mit Hilfe eines invertierten Aufbaus der photovoltaischen Zelle in Kooperation mit der japanischen Arbeitsgruppe von Dr. Araoka (Tokyo) konstruiert und studiert. Die gefüllten Flüssigkristalle sind neue Donor-Akzeptor-Materialien, die die Kontrolle der Morphologie und der Orientierung zwischen Elektroden ermöglichen. Die polaren Eigenschaften werden die Trennung von Ladungen erleichtern. Das gemeinsame, fachübergreifende Projekt der AGs Lehmann und Eremin wird daher zu einer neuen Generation von flüssigkristallinen, polaren Halbleitermaterialen führen, die den Einsatz in der organischen Photovoltaik erlaubt.
Droplet impact on freely suspended liquid crystal films
Laufzeit: 01.08.2019 bis 31.12.2020
In this project, we propose to study the impact of droplets of liquids with different wetting properties on thin freely suspended liquid-crystalline (LC) films. Such films represent quasi-2D nanostructured liquids, with unique features: Their layered structure guarantees uniform film thickness in quasi-equilibrium, on a molecular scale. It also makes them extremely robust and inhibits drainage, which is in stark contrast to the soap films used for studying impact dynamics. At the same time, smectic films are incredibly flexible, and they exhibit complex surface dynamics, providing unique model systems for studies of thin fluid membranes interacting with impacting or embedded objects. Such films not only allow the investigation of wetting and dewetting in combination with related reversible deformations of the film surfaces, but they can also be used to prepare encapsulated droplets, forming stable liquid-crystalline micro-shells. The primary motivation of the proposal is to understand the coupling between the impact parameters and the dynamic response of the film, at different length scales. The characterisation of microdroplet impact may pave the way for inkjet-printing patterns onto fluid films. By cross-linking or gelling such films, one can prepare submicrometre thick elastic solid membranes.
Magnetic liquid crystal emulsions
Laufzeit: 01.09.2018 bis 31.12.2020
Wir untersuchen Emulsionen von Flüssigkristalltröpfchen, die mit magnetischen Nanopartikeln dotiert sind (Ferronematik und ferromagnetische Nematik). Ziel des Projekts ist es, die Wirkung des Magnetfelds auf die Direktorstruktur und die Dynamik der Flüssigkristalltröpfchen in den Emulsionen zu untersuchen.
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Struktur und Dynamik nematischer Phasen mit starken smektischen Fluktuationen, die von Mesogenen mit gebogenem Kern gebildet werden
Laufzeit: 01.01.2014 bis 31.12.2020
Nematische Phasen, die von Mesogenen mit gebogenen Kernen gebildet werden, sind in letzter Zeit zu einem sehr aktiven Forschungsthema geworden. Sie weisen bemerkenswerte strukturelle, elektro-optische und dielektrische Eigenschaften auf, die sie von stäbchenförmigen Mesogenen unterscheiden. Ausführliche theoretische Studien über die Rolle der Molekülform für das Phasenverhalten deuten auf die Existenz einer ganzen Klasse von Phasen ohne Positionsordnung hin, die sich durch unterschiedliche Symmetrien auszeichnen. Zu diesen Phasen gehören biaxiale und polare nematische sowie tetraedrische und dreiatische Phasen, die mehrere Ordnungsparameter haben können und ein neuartiges Verhalten in elektrischen, Strömungs- und Temperaturgradientenfeldern zeigen. Eine der aufregendsten Errungenschaften bei der Erforschung von Nematika mit gebogenen Kernen war die Entdeckung von smektischen Fluktuationen, die für das scheinbar biaxiale Verhalten und die riesige flexoelektrische Reaktion verantwortlich sind. Dies ist eine neue Ebene der Komplexität in Mesophasenstrukturen, die nur eine orientierende Ordnung aufweisen, und ist von grundlegendem Interesse für die Grundlagenforschung, da es viele Möglichkeiten für technologische Anwendungen gibt. In der vorgeschlagenen Forschungsarbeit bieten wir eine umfassende Untersuchung der Struktur und Dynamik verschiedener Klassen von nematischen Verbindungen mit gebogenen Kernen, die eine Clusterbildung aufweisen. Die Neuartigkeit dieses Vorschlags liegt in der unerforschten Elektrooptik und nichtlinearen Optik von nematischen Phasen mit gebogenem Kern und den weitgehend unbekannten strukturellen und dynamischen Eigenschaften (elastisch, flexoelektrisch usw.). Röntgenstrahlen, dielektrische Spektroskopie und die Erzeugung der zweiten Harmonischen werden uns eine vollständige Charakterisierung der nematischen Phasen und des Ausmaßes der smektischen Fluktuationen ermöglichen. Detaillierte experimentelle Untersuchungen des Fréedericksz-Übergangs, des Verhaltens von Inversionswänden, flexoelektrischen Effekten und des Cotton-Mouton-Effekts werden voraussichtlich Einblicke in die elastischen und polaren Eigenschaften der verschiedenen Arten nematischer Phasen geben. Ausführliche Studien dieser Phänomene können wesentlich zu unserem Verständnis der Physik dieser neuen Klasse von Flüssigkristallmaterialien beitragen. Ein weiteres einzigartiges Merkmal dieses Vorschlags ist die Kombination dieser physikalischen Untersuchungen mit synthetischen Arbeiten, die sich auf die Untersuchung der Auswirkungen der Variation der Molekularstruktur auf die Struktur und die Eigenschaften der nematischen Phasen konzentrieren. Dies ermöglicht eine Korrelation der physikalischen Eigenschaften mit der Molekularstruktur und die Perspektive, zu neuen biaxialen und polaren nematischen Phasen zu gelangen.
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SPP-1681: Magneto-optisch schaltbare anisotrope Suspensionen und Gele
Laufzeit: 01.01.2018 bis 31.08.2020
Im Projekt werden zwei erfolgreiche Gebiete der Soft-Matter-Physik vereinigt, magneti- sche Fluide und Flu ¨ssigkristalle. Ziel ist, daraus eine neue Klasse von multifunktionalen Materialien zu entwickeln, die empfindlich auf magnetische Felder reagieren und die fu ¨r magneto-optischesSchaltenundmagneto-mechanischeEffektegenutztwerdenko ¨nnen. Dazu kombinieren wir Ferrofluide und funktionalisierte magnetische Nanopartikel mit lyotropen nematischen Suspensionen und thermotropen Flu ¨ssigkristallen. Ferromagne- tische Nanopartikel liefern die Sensitivita ¨t gegenu ¨ber magnetischen Feldern. Anisometri- sche Kristallite bzw. flu ¨ssigkristalline Mesogene tragen doppelbrechende optische Eigen- schaften bei. Die Kombination ero ¨ffnet das Potential fu ¨r vielseitige Anwendungen. Stabile Suspensionen wurden in der ersten Antragsperiode des Schwerpunktprogrammes her- gestellt und charakterisiert, außerdem gab es erfolgreiche Vorversuche zur Herstellung anisotroper Ferrogele.
Teilprojekt in SPP 1681: Magneto-optisch schaltbare anisotrope Farbstoffsuspensionen, 3. Förderperiode
Laufzeit: 01.11.2017 bis 31.10.2019
Suspensionen formanisotroper Mikrokristallite in nichtpolaren Lösungsmitteln können nematische Phasen ausbilden, elektro-optisch schaltbar sein und flussinduzierte Orientierung aufweisen. Wir charakterisieren solche Systeme mit Hilfe elektro-optischer und magneto-optischer Experimente, und anderen strukturaufklärenden Verfahren. Durch Dotierung mit ferromagnetischen Mikropartikeln sollen magnetisch schaltbare Suspensionen präpariert werden. Durch Wasserstoffbrücken vernetzte Gele werden
mit magnetischen Nanopartikeln dotiert, um magnetische Gele für magneto-elastische und magneto-optische Anwendungen zu erhalten.
Dynamics of colloidal particles in liquid crystal membranes
Laufzeit: 01.01.2017 bis 01.01.2019
This proposal aims at an international collaborative effort between the Department of Nonlinear Phenomena of Otto von Guericke University of Magdeburg (PI: A. Eremin, Co-PI R. Stannarius), Germany and the Soft Matter Research Centre, Department of Physics, University of Colorado Boulder, USA (PI: J. E. Maclennan). We plan a multi-faceted, comprehensive project to study hydrodynamics in restricted geometry such as in freely suspended liquid crystalline films and bubbles. Such systems represent a model for quasi-2D fluid and allow studying viscous drag and hydrodynamic interactions relevant to biological systems.
The significance of this research for soft matter physics and biophysics cannot be overstated since most of physiological responses in living cells are affected by the mobility of inclusions (such as membrane-proteins) in a membrane.
The motivation of this project is to facilitate the collaboration between the two research groups and expand the field of experimental studies of hydrodynamics in restricted geometry.
The aim is to give our students the working experience on these areas at the Soft Matter Research Centre at University of Colorado. This research is of crucial importance since it would provide us with a firm ground of preliminary work in order to apply for a potential full research grant from the German Science Foundation.
The scientific questions we wish to address in this proposal reflect the current state of the art of soft matter physics, rheology and the physics of liquid crystals. It consists of the following subtopics:
- Mobility of single anisometric particles in freely suspended films in different hydrodynamic regimes.
- Hydrodynamic interactions between inclusions in planar fluid films.
- Self-organisation of inclusions on a spherical membrane.
- Hydrodynamic interactions and mutual diffusion of inclusions in a spherical
membrane. - Rheology of active particles in flat films.
Dynamics of active bio-colloids
Laufzeit: 01.09.2016 bis 28.10.2018
The project is focused on study of dynamic bahaviour and self-organisation of active colloidal suspensions in an isotropic and an anisotropic matrices. Active particles are studied in liquid crystals, ferrofluids and other passive colloidal environments. The coupling between the active subphase and a matrix is the focus of the research.
Nonlinear optics in liquid-crystal-based colloids
Laufzeit: 01.07.2014 bis 01.12.2017
In diesem Projekt werden licht-induziertes Schalten von Kolloidalen Partikeln (Stäben/Kugeln) im Flüssigkristall erforscht. Es wird sowohl die Kinetik des opto-mechanischen Effekts als auch Dynamik der Umorientierung des Direktors untersucht.
Spontane Verdrehung und Biegeverformung der nematischen Phase bei mesogenen Dimeren
Laufzeit: 01.09.2014 bis 01.12.2017
Das Hauptziel der vorgeschlagenen Aktivitäten ist es, zum Verständnis der Ursachen für die Bildung und die physikalischen Eigenschaften von Mesophasen mit negativen elastischen Konstanten und ungleichmäßigen Grundzuständen beizutragen. Hier schlagen wir eine Reihe von experimentellen Untersuchungen vor, bei denen Techniken wie ortsaufgelöste Doppelbrechungsmessungen, elektrooptische Studien oder dielektrische Spektroskopie kombiniert werden. Darüber hinaus sind Untersuchungen von kolloidalen Einschlüssen in den nematischen und verdrillt-nematischen Phasen von Materialien geplant, die beide Mesophasen aufweisen.
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Teilprojekt in SPP 1681: Magneto-optisch schaltbare anisotrope Farbstoffsuspensionen
Laufzeit: 01.11.2015 bis 31.10.2017
Suspensionen formanisotroper Mikrokristallite in nichtpolaren Lösungsmitteln können nematische Phasen ausbilden, elektro-optisch schaltbar sein und flussinduzierte Orientierung aufweisen. Wir charakterisieren solche Systeme mit Hilfe elektro-optischer und magneto-optischer Experimente, und anderen strukturaufklärenden Verfahren. Durch Dotierung mit ferromagnetischen Mikropartikeln sollen magnetisch schaltbare Suspensionen präpariert werden.
Integrating devices and materials: challenge for new instrumentation in ICT (COST Action IC1208)
Laufzeit: 17.06.2013 bis 28.09.2017
Diese Aktion befasst sich mit der entscheidenden Herausforderung, neue Bauelemente für Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) bereitzustellen, die von Sensoren bis hin zur Photonik und Optoelektronik reichen. Herkömmliche Werkstoffe wie Flüssigkristalle und Bauelemente wie akustische Resonatoren weisen nun neue und verbesserte Funktionen auf, wenn sie mit nanostrukturierten Werkstoffen kombiniert werden. Dies führt zu innovativen Geräten, die den Anwendungshorizont in vielen Bereichen erweitern, von der Gesundheit (Bio- und Diagnosesensoren) bis zur optischen Kommunikation und Photonik (rekonfigurierbare Optik, Displays). Interdisziplinarität und eine bessere Nutzung des Wissens sind für die Bewältigung der Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Geräte aus neuen Materialien von wesentlicher Bedeutung.
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MINT Praktikumt: Optische Eigenschaften der weichen Materie
Laufzeit: 27.06.2016 bis 27.09.2016
Das Projekt unterstützt einen MINT-Schüler des Werner-von-Siemens-Gymnasiums (Magdeburg). Im Jahr 2016 untersuchte Robert Göpfert die Photomanipulation der Verankerungsenergie in einem Flüssigkristall mit einem photoswitchbaren Tensid. Ziel dieses Projekts ist es, die Abhängigkeit der Verankerungsenergie eines Flüssigkristalls zu charakterisieren, der einer UV-Strahlung ausgesetzt ist.
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Teilprojekt in SPP 1681: Magneto-optisch schaltbare anisotrope Farbstoffsuspensionen
Laufzeit: 01.11.2013 bis 31.10.2015
Suspensionen formanisotroper Mikrokristallite in nichtpolaren Lösungsmitteln können nematische Phasen ausbilden, elektro-optisch schaltbar sein und flussinduzierte Orientierung aufweisen. Wir charakterisieren solche Systeme mit Hilfe elektro-optischer und magneto-optischer Experimente, und anderen strukturaufklärenden Verfahren. Durch Dotierung mit ferromagnetischen Mikropartikeln sollen magnetisch schaltbare Suspensionen präpariert werden.
Non-linear regulation mechanisms in Chara Algae. Pattern formation and response to mechanical stimuli.
Laufzeit: 01.11.2014 bis 28.10.2015
Zellen der Alge Chara corallina entwickeln auf der Plasmamembran alternierende saure und alkalische pH- Banden als Antwort auf Belichtung. Neben statischen pH-Mustern treten auch vielfältige dynamische Mus- ter, wie z. B. Oszillationen und wandernde Wellen, auf, so daß diese Zellen ein exzellentes Modellsystem zur Untersuchung biologischer Selbstorganisation darstellen. Mit Hilfe der Methoden, die zur Analyse selbstor- ganisierter Strukturen in nichtlinearen Systemen entwickelt wurden, wollen wir eine systematische Analyse der raumzeitlichen Dynamik der pH-Muster durchführen. Durch periodische Modulation der Lichtquelle und Rückkopplungskontrolle sollen die Systemparameter, die zur Erzeugung der pH-Banden wesentlich sind, identifiziert werden. Im Einzelnen soll die Bedeutung des Protonentransportes, des Membranpotentials und der Photosynthese erforscht werden. Die Analyse der raumzeitlichen Dynamik der pH-Muster direkt auf der Oberfläche der Membran soll Aussagen über die Beteiligung von Reaktions-Diffusions- oder Konvektionspro- zessen ermöglichen und die Art der Instabilität, die zu den Mustern führt, klären.
Ferronematische Phasen
Laufzeit: 01.10.2013 bis 30.06.2015
Suspensionen formanisotroper Mikrokristallite in nichtpolaren Lösungsmitteln können nematische Phasen ausbilden, elektro-optisch schaltbar sein und flussinduzierte Orientierung aufweisen. Wir charakterisieren solche Systeme mit Hilfe elektro-optischer und magneto-optischer Experimente und anderen strukturaufklärenden Verfahren. Dotierung mit ferromagnetischen Mikropartikeln soll magnetisch schaltbare Suspensionen liefern.
In Zusammenarbeit mit der AdW der Ukraine (Prof. Yu. Reznikov) werden ferronematische Phasen hergestellt und untersucht.
Kapillare Instabilitäten in smektischen Flüssigkristallen (Texus Experiment)
Laufzeit: 01.03.2013 bis 28.02.2015
Im Projekt sollen die Marangoni-Instabilität und die Rayleigh-Plateau-Instabilität in smektischen Flüssigkristallen untersucht werden. Beides sind oberflächenspannungsgetriebene hydrodynamische Prozesse. Die Untersuchungen müssen unter Bedingungen der Schwerelosigkeit durchgeführt werden, um konkurrierende Einflüsse wie Rayleigh-Benard-Konvektion auszuschließen. Das Experiment wird auf einem suborbitalen Raketenflug auf einer Texus-Rakete durchgeführt werden, die einige Minuten Schwerelosigkeit bietet.
Flüssige Fäden
Laufzeit: 01.01.2013 bis 31.12.2014
This proposal aims at an international collaborative effort between the Department of Nonlinear Phenomena of Otto-von-Guericke University of Magdeburg, Germany and the Liquid Crystal Institute and the Department of Physics of Kent State University. We plan a multi-faceted, comprehensive project to study new types of fluid fibers with highly specialized functionalization. The significance for materials science and the technological importance of soft matter fibers cannot be overstated. The preconditions that allow drawing fluids into long, thin, strong, flexible filaments with desired properties are only partially understood. Recent results using mesogenic fluids with novel molecular structures, symmetry properties and physical characteristics have enabled an entirely new class of filament structures that not only can be drawn to long, thin fibers, they can also be cross-linked to anisotropic and polar elastomer threads, which retain their shape after drawing. So far, the fundamental science of what stabilizes a mesogenic fluid pulled into a fiber is not fully understood. Such an understanding will be the precondition for material optimization and the search for new mesophases that produce stable fibers.
Neue schaltbare flüssigkristaline Materialen und ihre nichtlinearen optischen Eigenschaften
Laufzeit: 01.12.2012 bis 01.12.2014
Elektrooptische Eigenschaften von neue antiferro- und ferrielektrischen Flüssigkristallen und Soft Kristallen werden erforscht. Der Schwerpunkt des Projektes liegt in der Untersuchung von der Schaltdynamik und der Verwendung nichtlinearer optischer Methoden (Erzeugung der zweiten Harmonischen).
Nonlinear control mechanisms of pH-band formation in Chara algae.
Laufzeit: 01.10.2012 bis 28.09.2014
Zellen der Alge Chara corallina entwickeln auf der Plasmamembran alternierende saure und alkalische pH- Banden als Antwort auf Belichtung. Neben statischen pH-Mustern treten auch vielfältige dynamische Mus- ter, wie z. B. Oszillationen und wandernde Wellen, auf, so daß diese Zellen ein exzellentes Modellsystem zur Untersuchung biologischer Selbstorganisation darstellen. Mit Hilfe der Methoden, die zur Analyse selbstor- ganisierter Strukturen in nichtlinearen Systemen entwickelt wurden, wollen wir eine systematische Analyse der raumzeitlichen Dynamik der pH-Muster durchführen. Durch periodische Modulation der Lichtquelle und Rückkopplungskontrolle sollen die Systemparameter, die zur Erzeugung der pH-Banden wesentlich sind, identifiziert werden. Im Einzelnen soll die Bedeutung des Protonentransportes, des Membranpotentials und der Photosynthese erforscht werden. Die Analyse der raumzeitlichen Dynamik der pH-Muster direkt auf der Oberfläche der Membran soll Aussagen über die Beteiligung von Reaktions-Diffusions- oder Konvektionspro- zessen ermöglichen und die Art der Instabilität, die zu den Mustern führt, klären.
Entwurf und Erprobung eines Moduls zur optischen Untersuchung freistehender smektischer Filme unter Mikrogravitation (OASIS-CO)
Laufzeit: 01.07.2011 bis 30.06.2014
Es wird ein Modul entworfen, aufgebaut und getestet, das auf der Internationalen Raumstation ISS zur optischen Untersuchung von smektischen Filmen unter Mikrogravitationsbedingungen eingesetzt werden kann. Diese Untersuchungen werden im NASA Projekt OASIS (zusammen mit Prof. Noel Clark, Univ. of Boulder, Colorado) erfolgen.
Polare und optische Eigenschaften in Flüssigkristallen und FK/Kolloid Systemen
Laufzeit: 01.05.2013 bis 01.05.2014
Im ersten Teil des Projektes wurden polare Eigenschaften von neuen Flüssigkristallen (FK) aus bogenförmigen Molekülen untersucht. Im zweiten Teil, wurden optische und opto-mechanische Effekten in kolloidalen Suspensionen erforscht. Dabei waren sowohl FK Tröffen im Isotopen Matrix als auch GlaskugelnStäben in FK Matrix untersucht.
Neue elektro- und licht-empfingliche Suspensionen aus dichroische Pigmenten
Laufzeit: 01.05.2012 bis 01.12.2013
In dem Projekt werden Suspensionen aus stäbchenförmigen Partikeln untersucht die eine nematische Ordnung nachweisen. Diese Materialen zeigen eine Reihe von neuen Effekten wie Schalten im elektrischen Feld, Phasenseparation und konvektive Musterbildung. Solche Materialen haben große Perspektiven im Bereich von Anzeigegeräten und Smart Materials.
Labyrinth-Instabilität in dünnen ferroelektrischen smektischen Filmen
Laufzeit: 01.06.2009 bis 01.10.2013
Das Projekt beschäftigt sich mit der Musterbildung in frei stehenden smektischen Filmen von wenigen molekularen Schichten. In eine speziellen Flüssigkristall-Phase die eine räumliche Modulation der Polarisation besitzt, entstehen Labyrinth-Mustern aus den Schicht-disklinationen. Das Mechanismus der Musterbildung und der Zusammenhang zwischen der Struktur der Phase und der Musterbildung werden im Rahmen des Projektes untersucht.
Beobachtung und Modellierung smektischer Inseln unter Mikrogravitation
Laufzeit: 01.08.2008 bis 31.07.2012
Inseln und Einschlüsse auf freistehenden smektischen Filmen können als einfache Modelle für zweidimensionale Kolloide angesehen werden. Im Projekt werden Wechselwirkungen solcher Objekte untereinander, Wechselwirkungen mit dem Filmmaterial, Strukturbildung und Selbstorganisation sowie dynamische Prozesse untersucht. Schwerpunkt ist die Untersuchung solcher Filme mit sphärischer Geometrie. Diese Experimente werden auf der ISS unter Mikrogravitation durchgeführt.
Labyrinth-Instabilität in dünnen ferroelektrischen smektischen Filmen
Laufzeit: 01.06.2009 bis 01.06.2012
Das Projekt beschäftigt sich mit der Musterbildung in frei stehenden smektischen Filmen von wenigen molekularen Schichten. In eine speziellen Flüssigkristall-Phase die eine räumliche Modulation der Polarisation besitzt, entstehen Labyrinth-Mustern aus den Schicht-disklinationen. Das Mechanismus der Musterbildung und der Zusammenhang zwischen der Struktur der Phase und der Musterbildung werden im Rahmen des Projektes untersucht.
Entwurf und Erprobung eines Moduls zur optischen Untersuchung freistehender smektischer Filme unter Mikrogravitation (OASIS-CO)
Laufzeit: 01.01.2009 bis 01.01.2011
Es wird ein Modul entworfen, aufgebaut und getestet, das auf der Internationalen Raumstation ISS zur optischen Untersuchung von smektischen Filmen unter Mikrogravitationsbedingungen eingesetzt werden kann. Diese Untersuchungen werden im NASA Projekt OASIS (zusammen mit Prof. Noel Clark, Univ. of Boulder, Colorado) erfolgen.
Polare und Ferroelektrische Flüssigkristalline Phasen
Laufzeit: 01.10.2003 bis 30.09.2006
Im Projekt wird die Beziehung zwischen molekularer Geometrie, Phasensymmetrien und polaren ferro- bzw. piezoelektrischen Eigenschaften in flüssigkristallinen Mesophasen untersucht. Experimentelle Methoden sind Polarisationsmikroskopie, AFM, Röntgenkleinwinkelstreuung und elektro-optische Experimente.