Untersuchung thermischer und gerichteter Bewegungen in molekularen Reibungsprozessen mit Rasterkraft- und photonischer Kraftmikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Hugel; Professor Dr. Alexander Rohrbach
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420798410

Reibung bezeichnet einen komplexen Prozess der Dissipation von Energie und spielt aufnahezu sämtlichen Längen- und Zeitskalen sowie in verschiedenen Forschungsfeldern eine bedeutende Rolle. Es gibt verschiedene Theorien, um die molekularen Ursachen von Reibung zu erklären. Dennoch fehlt bis heute ein grundlegendes Verständnis. Üblicherweise wird Reibung anhand eines Reibungskoeffizienten quantifiziert. Dieser kann sowohl durch eine Analyse von gerichteter als auch von thermischer Bewegung bestimmt werden.Im Rahmen dieses Antrags nutzen wir zwei komplementäre Methoden, die Rasterkraftmikroskopie (AFM) und die Photonische Kraftmikroskopie (PFM), um eingenaueres Verständnis von molekularer Reibung an weichen (Bio-)Grenzflächen zu erlangen. Hierzu sollen richtungs- und frequenzabhängige Messungen an verschiedenen Oberflächen durchgeführt werden, die mit genau definierten Bindungspartnern funktionalisiert sind. Wir möchten insbesondere herausfinden, wie der Reibungskoeffizient der gerichteten und der thermischen Bewegung zusammenhängen. Dies wird auch wichtige Erkenntnisse zum Zusammenhang zwischen Einzelmolekülreibung und -haftung liefern. Schließlich werden wir den Einfluss der Kooperativität auf molekulare Reibung untersuchen. Dies könnte ein Schlüssel zum Verständnis molekularer Ursachen für makroskopische Reibung sein.Unsere kombinierten experimentellen Ansätze aus verschiedenen Blickwinkeln werden neue Erkenntnisse bezüglich der molekularen Ursachen von Reibung liefern. Damit können sowohl funktionalisierte Oberflächen und Hydrogele, als auch biologische Transportprozesse besser verstanden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen