Photosensitive Blockcopolymere als organische Phasenübergangsmaterialien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Jochen Kammerer
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2022 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500289223

Die Eigenschaften organischer Funktionsmaterialien werden maßgeblich durch ihre Morphologie bestimmt. Dennoch bleibt das Potential, das morphologische Umwandlungen zur dynamischen Anpassung der Materialeigenschaften bieten, bisher ungenutzt. Blockcopolymere (BCPs) verfügen hierfür über exzellente Voraussetzungen und besitzen das Potential eine neue Klasse an Stimuli-responsiven Funktionsmaterialien zu begründen: organische Festkörperphasenübergangsmaterialien. BCPs ordnen sich selbst zu geordneten Phasen mit definierter Morphologie an. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes werden α-Bisimin-Photoschalter in das Rückgrat eines der Polymerblöcke eingebaut, die unter UV-Bestrahlung eine cis-trans-Photoisomerie durchlaufen. Die makromolekulare Umordnung des Licht-responsiven BCP (LR-BCP) führt zu einer Phasenumwandlung, die mit drastischen morphologischen Umwandlungen und daher mit ebenso drastischen Veränderungen der Materialeigenschaften verbunden ist.Ein erfolgreiches LR-BCP-Design kann nur durch die exakte Kenntnis der morphologischen Umwandlungsmechanismen gefunden werden. Um die Umwandlungsmechanismen auf molekularer Ebene abzubilden und zu verstehen, bietet die In-situ-Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) als einzige Analysemethode die notwendige Orts- und Zeitauflösung. Für erfolgreiche In-situ-Untersuchungen müssen allerdings hohe experimentelle Hürden überwunden werden, allen voran Strahlenschaden am LR-BCP und die Übertragung des Lichtstimulus innerhalb des Mikroskops. Durch die Kombination aus spezialisierter In-situ-TEM-Ausrüstung, antioxidativen Additiven und maschinellem Lernen zur Datenverarbeitung sollen diese Hürden überwunden und neue Maßstäbe für die In-situ-TEM organischer Funktionsmaterialen gesetzt werden. Die aus den In-situ-Untersuchungen erhaltenen mechanistischen Erkenntnisse werden direkt in eine verbesserte LR-BCP-Architektur überführt. Das optimierte LR-BCP soll darüber hinaus als Prototyp organischer Festkörperphasenübergangsmaterialien dienen, sodass eine Generalisierung der gefunden Designprinzipien hin zu anderen Stimuli-responsiven BCPs angestrebt wird. Diese grundlegenden Forschungsbemühungen schaffen somit die Vorrausetzung für eine Vielzahl neuartiger dynamischer Funktionsmaterialien, wie mechanisch adaptive Kunststoffe, Festkörperelektrolyte und Membranen mit örtlich und zeitlich kontrollierbarer Permeabilität sowie intelligente organische Elektroniken.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor Dr. Christopher Barner-Kowollik