Modellierung der Umstrukturierung von Azopolymer-Oberflächen unter komplexen Bestrahlungsmustern

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Marina Grenzer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 526190489

Polymere, die ihre molekulare Architektur unter externen Stimuli wie Licht verändern können, haben große Aufmerksamkeit in der Wissenschaftsgemeinde auf sich gezogen. Besonders prominent sind lichtsensitive Azopolymere, die aufgrund hoher Vielseitigkeit viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen haben. In der modernen Technik wurde besonderes Interesse durch ein einzigartiges Potential geweckt: Verformungen dünner Azopolymerfilme in Abhängigkeit vom Lichtbestrahlungsmuster zu steuern. Die topografische Umstrukturierung wurde angewendet, um Oberflächen mit lichtgesteuerter Benetzbarkeit, Vorlagen für lebende Zellen in der Biotechnologie und großflächige Multiplex-Gitter für photonische Anwendungen herzustellen. Es wurden mehrere Theorien entwickelt, um das Einschreiben von Oberflächenreliefs (OR) zu erklären, aber nur wenige Ansätze berücksichtigen die zugrundeliegende molekulare Architektur. Wir haben bereits an diesem Problem gearbeitet, indem wir den Orientierungsansatz verfolgt haben, der eine klare Beziehung zwischen den Lichteigenschaften und den molekularen Eigenschaften von Azomaterialien herstellt. Kürzlich lieferten wir einige entscheidende Beweise dafür, dass die Reorientierung von Polymerrückgraten entlang der Lichtpolarisationsrichtung der Hauptgrund für photoinduzierte Verformungen in Azopolymeren sein sollte. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines viskoplastischen Modellierungsansatzes für komplexe Bestrahlungsmuster. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen zwei Grenzfälle von linearer und zirkularer Polarisation auf einen allgemeinen Fall von elliptischer Polarisation erweitert werden. Das Modell wird verfeinert, indem die Vorhersagen mit dem Aussehen von ORs verglichen werden, die durch die Interferenzmuster räumlich variierender elliptischer Polarisation entstehen. Danach konzentrieren wir uns auf das Verständnis der spiralförmigen Oberflächenreliefs und der Wellenfrontempfindlichkeit von Photodeformationen. Die spiralförmigen Reliefs werden eingeschrieben, indem die Azopolymer-Oberfläche mit eng fokussierten spiralförmigen Strahlen bestrahlt wird. Solche Strahlen können durch moderne optische Elemente erzeugt werden, was die Möglichkeiten der Azopolymer-basierten Nanolithographie erheblich erweitert. Das optische Feld eines spiralförmigen Strahls ist äußerst komplex. Wir beabsichtigen, das Einschreiben spiralförmiger Reliefs zu modellieren, um die Gültigkeit des Orientierungsansatzes bei extremen Bestrahlungsbedingungen zu testen. Zugrundeliegende molekulare Parameter werden durch atomistische Modellierung der in den Experimenten verwendeten Seitenketten-Azopolymere bereitgestellt. Das Gelingen unseres Vorhabens wird nicht nur eine ultimative Lösung für ein langjähriges Rätsel des Einschreibens von ORs bereitstellen, sondern es wird auch ein vielseitiger Modellierungsansatz für praktische Anwendungen in der modernen Optik und Photonik entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen