Einblick in den Mechanismus von mechanisch flexiblen, molekularen Kristallen: vom Design zur Synthese

• Antragsteller: Dr. Biswajit Bhattacharya
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450137475

Molekulare Kristalle sind im Allgemeinen bei mechanischer Belastung mechanisch schwach und bruchempfindlich. Das Phänomen der mechanischen Flexibilität von molekularen Materialien ist seit mindestens zwei Jahrzehnten bekannt und hat beträchtliche Aufsehen um ihre potenzielle technologische Anwendung erregt, z.B. in der intelligenten Optoelektronik, in biomedizinischen und biotechnischen Geräten und in der Pharmazie. Da jedoch nur eine Handvoll flexibler Materialien bekannt sind und nur spekulative Modelle existieren, ist die mechanische Flexibilität von molekularen Materialien noch immer kaum verstanden. Bis ein konkretes Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehung dieser bemerkenswerten Materialien erreicht ist, kann ihr volles Potenzial für zukünftige Technologien nicht ausgeschöpft werden. Eine vollständige Untersuchung der molekularen Mechanismen, die für diesen Prozess verantwortlich sind, ist unerlässlich, um die physikalischen Eigenschaften der flexiblen, molekularen Kristalle auszunutzen. Dies kann nur durch die systematische Untersuchung der Struktur- und Eigenschaftsbeziehung in mechanisch flexiblen Kristallen erreicht werden. Das zentrale Ziel dieses Antrags ist es, den Ursprung der mechanischen Flexibilität auf molekularer Ebene in Molekül-Kristallen zu identifizieren. Dies wird durch die systematische Untersuchung der strukturellen Entwicklung in Folge der mechanischen Biegung unter Verwendung einer Kombination von fortschrittlichen experimentellen Techniken erreicht. Die tiefergehende strukturelle Charakterisierung umfasst modernste Techniken wie Synchrotron-basierte Mikrofokus-Einkristall-Röntgendiffraktometrie, Mikro-FTIR, Mikro-Raman-Streuung und Nanoindentierung. Diese Techniken werden die Kristallzustände vor und nach dem Verbiegen von neu synthetisierten flexiblen Molekularkristalle untersuchen und neue Einblicke in die Auswirkungen der Kristallbiegung auf die Molekularstruktur liefern. Die erfolgreiche Durchführung dieses Projekts wird einen noch nie dagewesenen Einblick in die Mechanismen dieser Materialien ermöglichen und dadurch rationale Ansätze für die Gestaltung mechanisch ansprechender funktioneller Einkristalle erleichtern. Dies wird unsere Fähigkeit im schnell wachsenden Bereich der auf Stimuli reagierenden intelligenten Einkristalle für die Verwendung in Geräten der nächsten Generation erheblich verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen