Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2016
End date : 31.08.2020
Die Strukturierung von Materialien und Oberflächen im Nanometerbereich kann die Eigenschaften des Materials stark verbessern oder sogar zum Entstehen von völlig neuartigen Eigenschaften führen. Die Herstellung solcher Nanostrukturen ist aufgrund der extrem kleinen Größe technologisch anspruchsvoll. So bedarf es zur Herstellung mittels traditionellen, top-down Fertigungsverfahren aufwändige Instrumente und eine staubfreie Umgebung in einem Reinraum. Eine weitverbreitete Nutzung und Untersuchung solcher Strukturen wird so verhindert. Alternativ lassen sich Nanostrukturen durch sogenannte bottom-up Prozesse erzeugen. Hierbei werden kleine, nanoskalige Bausteine in geordnete Überstrukturen angeordnet. Von besonderem Interesse sind dabei sphärische Polymerkolloide, die sich zuverlässig mittels Emulsionspolymerisationen im Größenbereich zwischen 100nm und 1µm synthetisieren lassen. In einfachen Prozessen können sich solche Partikel in geordnete, zweidimensionale Strukturen, sogenannten Kolloid-Monolagen selbstorganisieren und geben so einen einfachen Zugang zu Nanostrukturierungen. Die größte Herausforderung für diese Technik besteht in der momentan eingeschränkten Auswahl an zugänglichen Strukturen. Bedingt durch die sphärische Struktur der Partikel und deren Packungseigenschaften sind momentan fast ausschließlich hexagonale Überstrukturen zugänglich.Dieses Projekt zielt darauf ab, Methoden zu entwickeln, sphärische Polymerkolloide in komplexere, anisotrope Strukturen anzuordnen und damit das Feld der Kolloid-Selbstorganisation zu erweitern. Es ist von theoretischen Betrachtungen bekannt, dass sich sphärische Kolloide unter bestimmten Umständen in anisotrope Ketten anordnen können. Die Bedingung hierfür ist die Modifikation des Interaktionspotentials um eine langreichweitige, abstoßende Komponente. Simulationen solcher Strukturen zeigten, dass die Ausbildung von Ketten durch die Minimierung des Überlapps dieser abstoßenden Regionen zwischen benachbarten Ketten zustande kommt. Eine experimentelle Realisierung steht noch aus. In Vorarbeiten entdeckten wir, dass Polymerkolloide an der Luft/Wasser Grenzfläche in Gegenwart von bestimmten oberflächenaktiven Substanzen unter Komprimierung kettenförmige Überstrukturen ausbilden. Die starke Ähnlichkeit der beobachteten Strukturen mit Computersimulationen unter Annahme einer weichen Schale mit abstoßendem Potential legt einen ähnlichen physikalischen Ursprung der Kettenbildung nahe. Unsere Hypothese ist daher, dass sich bestimmte oberflächenaktive Substanzen bevorzugt mit der Partikeloberfläche wechselwirken und sich so um die Partikel aufkonzentrieren. Als Resultat resultierte so eine abstoßende Wirkung zwischen zwei Partikeln.In dem Projekt beantragen wir Mittel für eine detaillierte Untersuchung, die Entwicklung eines Phasendiagrams und eines grundlegenden Verständnis des Phänomens, um prädiktiv und zuverlässig anisotrope Strukturen aus isotropen Komponenten auf der Nanoskale herstellen zu können.