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C14
C16
I: isotrop
H: hexagonal
Q: kubisch
L: lamellar
X: kristallin
Schraffiert: Überlapp
[CnH2n+1-P-Me3]+ Br- in Wasser](https://image.slidesharecdn.com/self-assembly-150622161909-lva1-app6892/85/Self-Assembly-56-320.jpg)
Hochgeladen vonChristoph Santschi
Self Assembly
Das Dokument behandelt die Grundlagen der Selbstassemblierung, die verschiedene supramolekulare Wechselwirkungen, Geometrie und Thermodynamik umfasst. Es beschreibt den Einfluss von Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken und hydrophoben Effekten auf die Ausbildung morphologischer Strukturen sowie die Eigenschaften von flüssigkristallinen Phasen. Der Text thematisiert die Stabilität, Techniken zur Nanopartikelherstellung sowie die Charakterisierung von flüssigkristallinen Materialien.
![[7] Nu P 05 2](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/7nup052-090228074152-phpapp02-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Self Assembly
- 1. Grundlagen der Selbstassemblierung a)(Supra)molekulare Wechselwirkungen b) Geometrie & Groesse c) Thermodynamik
- 2.
- 3. Arten der Wechselwirkung 1.Wasserstoffbrücken 2. Van der Waals 3. Ligand-Rezeptor WW 4. Ionisch 5. Dipolar 6. Hydrophober Effekt 7. Hydrophobe WW Biotin-streptavidin Reversibel, ~ 20 kJ/mol Kovalente Bdg ~ 500 kJ/mol
- 4. Arten der Wechselwirkung Long-rangerepulsion Short-range attraction Examples hydrophilic/hydrophobic covalent binding micelles, lyotropic liquid crystals incompatibility covalent binding block copolymers Coulombic repulsion electroneutrality ionic crystals excluded volume minimum space required thermotropic liquid crystals electric dipole field electric dipole interaction ferroelectric domains magnetic field magnetic dipole interaction magnetic domains
- 5. Der hydrophobe Effekt Hydratationhydrophober Moleküle, wobei ∆G normalerweise > 0 Entmischung. Geordnet Ordnungszunahme Entropieverlust Transfer free energy
- 6.
- 7.
- 8. b) Geometrie &Grösse http://cwx.prenhall.com/bookbind/pubbooks/mcmurrygob/medialib/media_portfolio/24.html
- 9.
- 10. Packungsparameter al V N * = Kugelmizellen N <0.33 Stäbchenmizellen 0.33 < N < 0.5 Vesikel, flexible Doppelschichten: 0.5 < N < 1 Planare Doppelschichten N ≈ 1 Inverse Mizellen N > 1
- 11. Die klassische Beschreibungder Gestalt selbsorganisierender Strukturen benützt als wichtigstes Kriterium das Verhältnis zwischen hydrophilen und hydrophoben Teilen des Moleküls. Es gilt: 3 * *1 * 2 lK lH la V N ++== Packungsparameter & Oberflächenkrümmung
- 12. 21 21 1 11 2 1 RR K RR H = += Mittlere Krümmung Gauss’sche Krümmung R1 R2 R1,R2: Krümmungsradien Packungsparameter & Oberflächenkrümmung
- 13. Form N HK Kugel 1/3 1/R 1/R2 Zylinder ½ 1/(2R) 0 Bilayer 1 0 0 Packungsparameter & Oberflächenkrümmung
- 14. http://www.abo.fi/fak/mnf/phys.chem/competence/se_f2.html Packungsparameter & HLB HLB= hydrophilic-lypophilic balance M M HLB h ⋅= 20 Griffin’s Methode für ethoxylierte Fettalkohole: Mh = Molmasse des hydophilen Molekülteils M = Molmasse des gesamten Moleküls http://www.kolb.ch 2020 0
- 15. c) Thermodynamik Zwei Faktorenspielen eine Rolle bei der Ausbildung der Morphologie: • Grenzflächenenergien (z.B. hydrophob – hydrophil). • Entropieverlust bei SA. Bei hohen Grenzflächenenergien und kleinen Entropieverlusten dominiert die Grenzflächenenergie. Wenn die Thermodynamik SA stark begünstigt kommt es zur spontanen Ausbildung von z.B. Bilayern.
- 16. Stabilität von SASystemen
- 17. http://www.iupac.org/didac/Didac%20Fr/Didac01/Content/C03.htm Flokkulation & Phasenseparation Flokkulation:reversibel Koagulation: irreversibel Phasenseparation
- 18.
- 19. DLVO-Theorie http://www.chemsoc.org/chembytes/ezine/2003/garvey_feb03.htm Flokkulation/Koagulation durch ∆T,∆pH, Salze, Scherkräfte, Polymere Nach Derjaguin, Landau, Verwey und Overbeek zur Beschreibung der Kräfte zwischen geladenen Oberflächen in einem flüssigen Medium
- 20. Chemie in SASystemen
- 21. “Nanochemie” Traditionell: mechanische Zerkleinerung~ 1 µm Mahlen “Neu” chemische Synthese von NPs ~ 1 nm 50 µm SA Polymerisation Fällung “top down” “bottom up”
- 22. In Emulsionen …. Emulsion DispersePhase: Monomer, Vernetzer, Initiator http://www.kalergroup.che.udel.edu/index.htm http://www.en.wikipedia.org
- 23. … Mikroemulsionen …. ChemicalCommunications, 2002, (10), 1098 - 1099 Chemical Communications, 2003, (6), 720 - 721
- 24. 24 …. Inversen Mizellen…. Journal of Materials Chemistry, 2003, 13(2), 428 - 431
- 25. …. Vesikeln …. ChemicalCommunications, 2001, (23), 2452 - 2453
- 26.
- 27. Beispiele für selbstassemblierteSysteme: Proteine
- 28. 15.8 nm Thermosome fromThermoplasma acidophilum
- 29. Microtubuli N. A. Bakeret al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2001, 98, 18, 10037. 16 nm
- 30. Virale Capside H. R.Johnson et al. Biotechnol. Bioeng. 2006, 97, 2, 224. Bacteriophage MS2 180 Untereinheiten 27 nm Durchmesser
- 31. Stäbchenförmige Viren M13 Bacteriophageas template for CdS and ZnS nanoparticle assembly. Überblick: D. M. Vriezma et al, Chem. Rev. 2005, 105, 1445.
- 32.
- 33. DNA Origami 100 nm P.W. K. Rothemund, Nature 2006, 440, 297. E. S. Andersen et al., Nature 2009, 459, 73.
- 34.
- 35. 35 Arten von Flüssigkristallen ThermotropeLCs Lyotrope LCs
- 36. Was sind Flüssigkristalle? Liquidcrystals are a thermodynamically stable phase characterized by anisotropy of properties without the existence of a three- dimensional crystal lattice, generally lying in the temperature range between the solid and isotropic liquid phase, hence the term mesophase.
- 37. Wieso Flüssigkristalle? The distinguishingcharacteristic of the liquid crystalline state is the tendency of the molecules (mesogens) to point along a common axis called the director. This is in contrast to molecules in the liquid phase, which have no intrinsic order. In the solid state, molecules are highly ordered and have little translational freedom. The characteristic orientational order of the liquid crystal state is between the traditional solid and liquid phases and this is the origin of the term mesogenic state, used synonymously with liquid crystal state. It is sometimes difficult to determine whether a material is in a crystal or liquid crystal state. Crystalline materials demonstrate long range periodic order in three dimensions. By definition, an isotropic liquid has no orientational order. Substances that aren't as ordered as a solid, yet have some degree of alignment are properly called liquid crystals. To quantify just how much order is present in a material, an order parameter (S) is defined.
- 38. S describes theorientational order of liquid crystalline materials (the individual orientational deviation of the molecules from the director) which represents the average over the collection. Typically, S ranges from 0.3 to 0.9, depending on the temperature, with a value of unity for perfect order. Der Ordnungsparameter >−θ<= 1cos3 2 1 2 S
- 39. • Positional Order:Ausmass der translatorischen Symmetrie (vgl. Kristalle). • Orientational Order: Abweichung vom Direktor über lange Distanzen, Orientierungskorrelation der Moleküle. • Bond Orientational Order: beschreibt eine Linie zwischen then Zentren nächster Nachbarn ohne regelmässige Distanzen zwischen den Zentren. Es besteht eine relative weitreichende Ordnung in Bezug auf die Lage der Zentren, aber nur eine kurzreichweitige Positional Order. Ordnung von Molekülen
- 40. Molekulare Eigenschaften • Stäbchen-oder scheibenförmige Molekülstruktur • Steife Molekülpartien (Mesogen) • Dipole • Polare oder polarisierbare Gruppen • Oft auch flexible Substituenten
- 41.
- 42.
- 43.
- 44. Flüssigkristalline Phasen Nematisch ChiralNematisch (cholesterisch)
- 45. Flüssigkristalline Phasen Smektisch ASmektisch B Smektisch C Smektisch C* Wie Sm A, aber hexagonale Ordnung der Moleküle
- 46. Flüssigkristalline Phasen Diskotische &Columnare Phasen
- 47.
- 48. Ferroelektrische Flüssigkristalle: SmC Die Sm C Phase wurde 1933 erstmals beschrieben, aber erst 1974 wurde offenbar, dass diese Klasse von LCs ferroelektrisch (spontane elektrische Polarisation ohne Anlegen eines externen Feldes) sein muss. Aufgrund des permanenten Dipols ferroelektrischer LCs sind sie attraktive Kandidaten für LCDs, da sie sehr schnell schalten können.
- 49. Orientierung von Flüssigkristallen E-oder B-Feld Rubbing
- 50. Flüssigkristalline Polymere Flüssigkristalline a) Hauptkettenpolymere b)Seitenkettenpolymere
- 51. Hauptkettenpolymere Der Spacer “entkoppelt”die Mesogene flexiblere Struktur bessere Ausrichtung
- 52. Probleme mit demTemperaturbereich • Der LC Bereich flüssigkristalliner Hauptkettenpolymere beginnt oft erst bei hohen Temperaturen; oft beginnt er erst oberhalb der Zersetzungstemperatur. Die Lösung: 1. Monomeranordnung 2. Copolymerisation 3. Gezielter Einbau von Defekten Kopf-Kopf Kopf-Schwanz
- 53. Seitenkettenpolymere Haben in derRegel bessere Eigenschaften, da flexibler und einfacher zu modfizieren. Die Eigenschaften können über das Rückgrat, die Spacer, und die Mesogene gezielt eingestellt werden.
- 54.
- 55.
- 56. C12 C14 C16 I: isotrop H: hexagonal Q:kubisch L: lamellar X: kristallin Schraffiert: Überlapp [CnH2n+1-P-Me3]+ Br- in Wasser
- 57.
- 58. Charakterisierung von Flüssigkristallen Bestimmungder Phasenübergänge mit Differential Scanning Calorimetry
- 59. Exkurs: Doppelbrechung Flüssigkristalle sinddoppelbrechend aufgrund ihrer anisotropen Struktur. Das bedeutet, dass sie zwei verschiedene Brechungsindizes haben. Licht, das parallel zum Direktor orientiert ist, hat einen anderen Brechungsindex als Licht, das senkrecht zum Direktor polarisiert ist; die beiden Lichtwellen bewegen sich daher unterschiedlich schnell. Wenn nun ein Lichtstrahl in ein doppelbrechendes Material eintritt, wird das Licht “aufgebrochen” in zwei Komponenten, eine schnelle (ordentlicher Strahl, o) und eine langsame (ausserordentlicher Strahl, e). Wenn man das einfallende Licht entsprechend polarisiert, so sieht man nur den ordentlichen oder den außerordentlichen Lichtstrahl.
- 60. Die Doppelbrechung einesMaterials ist bestimmt durch ∆n, der Differenz zwischen dem Brechungsindex no des schnellen und dem Brechungsindex ne des langsamen Strahls. Quantitativ ausgedrückt gilt (da der Brechungsindex das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Medium ist): ne = c / vII Lichtwelle parallel zum Direktor; mit c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und vII = Lichtgeschwindigkeit im Medium. no = c / vт Lichtwelle senkrecht zum Direktor; Definition analog oben. Also gilt für den maximalen Wert der Doppelbrechung ∆n = ne – no. ∆n variiert von 0 bis zu einem Maximalwert, abhängig von der Richtung des Strahls. Exkurs: Doppelbrechung
- 61. Exkurs: Polarisation Es giltI = I0 cos2 φ I0 I
- 62. N Sm CSm A Chol Sm C* Texturen im Polarisationsmikroskop