Multifunktionale Materialien auf Basis von Cellulose und Graphen

• Antragsteller: Professor Haisong Qi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263492106

Funktionale und intelligente Materialien auf Basis von Cellulose und Nanokohlenstoffen sind faszinierende und vielversprechende biobasierte Materialien und können in vielen Bereichen eingesetzt werden. Kernthema dieses Forschungsantrags ist die Entwicklung von multifunktionalen Graphen-integrierten Hochleistungscellulosematerialien (dazu gehören Graphen/Cellulose-Nanokomposite, Graphen-beschichtete cellulosehaltige Fasern und mit diesen Fasern verstärkte Komposite) und die Aufdeckung ihrer Struktur-Funktionsbeziehungen. Die zentralen Herausforderungen zum Erreichen dieses Ziels stellen die Entwicklung einer einfachen und schonenden Vorgehensweise zur effizienten Dispergierung von Graphenschichten in Cellulosematrix und das Maßschneidern der Verteilung von Graphen auf cellulosehaltigen Fasern dar. Die Arbeit umfasst im Wesentlichen sechs Teile: 1) Herstellung von wässrigen Graphitoxid (GO)-Dispersionen mit guter Stabilität/Dispergierbarkeit, und im Weiteren die Herstellung von wässrigen Graphen-Dispersionen durch chemische Reduktion. 2) Herstellung von homogenen wässrigen Cellulose-GO-Lösungen und Untersuchungen zu Eigenschaften dieser Lösungen; Herstellung neuer funktionaler Materialien auf Basis von Cellulose und GO wie zum Beispiel Cellulose-GO-Hydrogele und GO/Cellulose-Komposite. 3) In-situ-Reduktion von GO in Cellulosematrix zur Herstellung von funktionalen Graphen/Cellulose-Hochleistungsnanokompositen mit guter elektrischer Leitfähigkeit. 4) Charakterisierung der Mikrostruktur und Eigenschaften von Graphen/Cellulose-Nanokompositen und die Ermittlung von multifunktionalen Eigenschaften wie zum Beispiel sensorischen Funktionalitäten. 5) Oberflächenmodifizierung von cellulosehaltigen Fasern mit wässrigen Graphendispersionen zur Generierung multifunktionaler cellulosehaltiger Fasern und mit diesen Fasern verstärkter multifunktionaler Polymer-Komposite. 6) Untersuchung Graphen-basierter Grenzflächenausbildung; Charakterisierung von physikalischen und mechanischen nanoskaligen Eigenschaftsprofilen der Grenzschicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Institution: Technische Universität Dresden; Fakultät Maschinenwesen; Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik; Technische Universität Dresden ; Fakultät Maschinenwesen ; Institut für Werkstoffwissenschaft