Flüssigkristalle werden fast überall verwendet – in kleinen Digitaluhren und in großen TV-Bildschirmen, in optischen Geräten und biomedizinischen Sensoren. Dennoch tappt die Forschung noch ziemlich im Dunklen, was die genaue molekulare Struktur solcher Kristalle an der Grenzfläche zur Luft angeht.

Neuere Forschungen am Institute for Molecular Engineering der University of Chicago unter Leitung von Professor Juan de Pablo haben bisher unbekannte Eigenschaften dieser Grenzfläche zwischen Luft und einigen oft verwendeten Flüssigkristallen ans Licht gebracht.

„Die Effektivität von Flüssigkristallen ist abhängig von dem Maß der Steuerung der molekularen Ausrichtung an der Grenzfläche“, sagt De Pablo. „Ein besseres Verständnis dieser Grenzfläche kann zur Entwicklung besserer Flüssigkristall-Displays und Sensoren führen.“

Flüssigkristalle befinden sich in einem Zustand zwischen flüssig und fest – sie strömen wie eine Flüssigkeit, weisen aber auch einige Eigenschaften von festen Stoffen auf. Die stäbchenförmigen Moleküle können sich in unterschiedlicher Weise anordnen. Bestimmte Flüssigkristalle ändern ihre Phase in Reaktion auf eine Temperaturänderung. In der sogenannten Nematischen Phase sind die stäbchenförmigen Moleküle parallel, aber desorganisiert orientiert. In der Smektischen Phase richten sich die Moleküle ebenfalls parallel aus, aber sind dann deutlich in Schichten organisiert.

Das Forschungsprojekt von De Pablo zeigt, dass die Grenzfläche eines Flüssigkristalls eine stark geordnete Struktur (wie ein Feststoff) aufweist, die sich tief in die Kristallmasse fortsetzt, insbesondere in den nematischen und smektischen Phasen. Diese Entdeckung kann den Weg für die Entwicklung empfindlicher Flüssigkristall-Schnittstellen für die Detektion chemischer und biologischer Molekülen ebnen.