Liquid crystalline phases of anisotropic, polymer functionalized nanoparticles

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Polymerfunktionalisierung formanisotroperrnNanopartikel wie TiO2 Nanostäbchen oder Kohlenstoff Nanoröhren. Dies dient derrnSolubilisierung und sterischen Stabilisierung in organischen Medien, da diesernionenfrei hergestellt werden können, was eine Nutzung für nanoskopische,rnelektrische Schaltkreise ermöglicht. Die Polymere wurden mittels der RAFTrn(reversible addition-fragmentation chain transfer) Polymerisation mit engenrnMolekulargewichtsverteilungen hergestellt. Im Detail wurden Ankergruppen inrnBlockcopolymere und an der Alphaposition eingeführt, welche eine Anbindung an diernNanopartikeloberfläche ermöglichen. Die Polymere wurden durch Variation derrnverschiedenen Blocklängen für eine bestmögliche Adsorption optimiert. Die sorngewonnenen Polymer funktionalisierten Nanopartikel zeigten eine gute Löslichkeit inrnorganischen Medien und zeigten zudem eine lyotropes, flüssigkristallinesrnPhasenverhalten. Dies war aufgrund der Formanisotropie zu erwarten, zeigte jedochrnebenfalls ein unerwartetes thermotropes Verhalten, welches durch die Polymerhüllernerzeugt wurde. Die Flüssigkristalle wurden eingehend mittels polarisierterrnMikroskopie und Differential Scanning Calorimetry (DSC) untersucht. Diernflüssigkristallinen Phasen aus Nanostäbchen und –röhren wurde dann zurrnOrientierung der anisotropen Nanopartikel benutzt und es konnten makroskopischrngeordnete Proben hergestellt werden. Die Polymerhülle um die Nanopartikelrnermöglichte es ebenfalls diese in Polymerfilme einzuarbeiten und sornNanopartikelverstärkte Kunststoffe herzustellen.

This thesis focuses on the polymer functionalization of anisotropic nanoparticles likernTiO2 nanorods and carbon nanotubes. The polymer corona is used to stabilize thernnanoparticles sterically and to dissolve them in organic media. These media arernhighly desired as they are intrinsically ion-free, which allows their use for thernfabrication of nano-scaled electronic devices. The polymers were synthesized withrnthe reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization with lowrnpolydispersities. Anchor units were incorporated in block copolymers or at the alpharnposition of homoblock polymers, which allows the specific binding to the nanoparticlernsurface. The polymers were optimized by variation of the block lengths for maximalrnadsorption. The resulting polymer functionalized nanorods and –tubes were wellrnsoluble in organic media and a lyotropic liquid crystalline behavior. This wasrnexpected from their shape anisotropy, but they showed an additional, unexpectedrnthermotropic behavior induced by the polymer corona. The liquid crystals wererninvestigated by polarizing microscopy and differential scanning calorimetry (DSC).rnThe lyotropic liquid crystalline phases from nanorods and –tubes were used for thernorientation of the anisotropic nanoparticles and macroscopically oriented samplesrnwere produced. The polymer corona did also allow to incorporate the nanoparticlesrninto polymers resulting in nanoparticles reinforced plastics.