Einzelmolekülmikroskopie molekularer Umlagerungen bei Deformation teilkristalliner Polymere

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Magerle
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214148199

Bei mechanischer Belastung und Deformation teilkristalliner Polymere finden molekulare Umlagerungsprozesse statt, die aufgrund der räumlich komplexen Gefügestruktur kristalliner und amorpher Bereiche räumliche und zeitliche Heterogenitäten aufweisen. Wir wollen diese bei Deformation und Spannungsrelaxation stattfindenden molekularen Relaxationsprozesse mit einer Kombination von optischer Einzelmolekülspektroskopie und –mikroskopie sowie Rasterkraftmikro-skopie untersuchen, die wir single reporter mapping (SIREMA) nennen. Dabei geben fluoreszierende Sondenmoleküle durch die optisch beobachtbare molekulare Dynamik Aufschluss über Umlagerungs-prozesse in ihrer jeweiligen makromolekularen Nachbarschaft. Gleichzeitig wird die Position jedes Sondenmoleküls mit 10 nm Genauigkeit bestimmt, was die Zuordnung der beobachteten Dynamik jedes einzelnen Sondenmoleküls zur Gefügestruktur seiner Umgebung ermöglicht. Auf diese Weise sollen die unterschiedlichen Relaxationsprozesse direkt zu einzelnen Bereichen der räumlich komplexen Gefügestruktur teilkristalliner Polymere zugeordnet werden. Hierfür wird Rasterkraft-mikroskopie in Kombination mit einem neuartigen Mikrozugversuch eingesetzt, womit an der Oberfläche dünner Polymerfilme die Deformationsprozesse der Gefügestruktur im Längenbereich von 10 nm bis 10 μm abgebildet werden können. Der Polymerfilm kann dabei kontrolliert gedehnt und das Relaxationsverhalten der mechanischen Spannung untersucht werden. Als Modellsystem sollen elastomere Polypropylene mit unterschiedlichen Molekulargewichten und Anteilen kristalliner Bereiche untersucht werden. Wir wollen damit systematisch die Rolle topologischer Behinderungen der molekularen Bewegung durch molekulare Verschlaufungen und den Einbau der Makromoleküle in kristalline Bereiche studieren. Unsere Untersuchungen sollen zum grundlegenden Verständnis der Zusammenhänge zwischen molekularer Bewegung, dem Deformationsverhalten der Gefügestruktur und den mechanischen Eigenschaften teilkristalliner Polymere beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Christian von Borczyskowski