Grenzflächennahe Dynamik nicht quervernetzter und quervernetzter Polymerarchitekturen auf festen planaren Oberflächen

• Antragsteller: Dr. Olaf Holderer; Dr. Stefan Wellert
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290879244

Das beantragte Vorhaben widmet sich der inneren Dynamik von nicht quervernetzten und quervernetzten Polymerarchitekturen an festen planaren Oberflächen.Oberflächenfunktionalisierung durch Beschichtung mit dünnen Polymerfilmen ist von großer Bedeutung z.B. für kontrollierte Wirkstofffreisetzung, Schmierung und Sensorik. Das Design solcher neuer Beschichtungen erfordert ein tiefes Verständnis der inneren Struktur und Dynamik, insbesondere der Wechselwirkung der Polymerketten untereinander, den Einfluss von Quervernetzungen, die Wechselwirkungen mit Einschlüssen (Wirkstofffreisetzung, Sensorik) oder mit festen Oberflächen (Lubrikation). Strukturuntersuchungen solcher Systeme an Oberflächen sind bereits weit fortgeschritten. Hingegen ist das Wissen über die Dynamik noch unvollständig. Das beantragte Projekt untersucht den Einfluss der geometrischen Einschränkung auf die Polymerdynamik in dünnen Filmen entweder in unmittelbarer Nähe zu einer festen Oberfläche oder zwischen zwei festen planaren Oberflächen. Nicht quervernetzte und quervernetzte Polymerarchitekturen sollen untersucht werden: Polymerbürsten, quervernetzte Polymerbürsten, dünne Hydrogellagen und adsorbierte Mikrogel-Partikel. Diese werden aus stimuli-sensitiven Polymeren hergestellt. Es ist geplant, bis auf Quervernetzermoleküle die chemischen Bestandteile bei allen Architekturen gleich zu halten. Die innere Dynamik dieser Architekturen senkrecht zur begrenzenden Oberfläche wird mit Neutronen-Spinecho-Spektroskopie unter streifendem Einfall (GINSES) studiert. Damit soll ein besseres Verständnis der kollektiven und Kettendynamik in diesen Architekturen erreicht werden. Der Einfluss fester Oberflächen auf die Polymerdynamik und Mechanik wird untersucht in Abhängigkeit von Größenparametern und Zusammensetzung (Quervernetzer- und Copolymeranteil).Zur Untersuchung der Beziehung zwischen Dynamik, Struktur und mechanischen Eigenschaften werden Ergebnisse zur Dynamik in Bezug gesetzt zu Strukturuntersuchungen (NR, XRR, GISANS, Lichtstreuung, AFM, Ellipsometrie) und zu Messungen der viskoelastischen Eigenschaften (AFM indentation, QCM-D). Im Falle einander gegenüberliegender Oberflächen und Polymerbürsten ist durch Neutronenstreuung in-situ eine kontaktfreie Untersuchung bei variierenden Abständen der Oberflächen möglich. Hydrodynamische Effekte, Einfluss von Kompression und gegenseitiger Durchdringung der Polymerketten auf die kollektive und Polymerkettendynamik werden so zugänglich. Die Zusammenarbeit der Antragsteller an TU Berlin und JCNS am Heinz Maier Leibniz Zentrum in Garching hat eine für das vorgeschlagene Projekt vorteilhafte Synergiewirkung durch Expertise in Synthese und Probenpräparation, Erfahrung mit einer Vielzahl experimenteller Techniken, erste erfolgreiche Experimente mit der oberflächensensitiven Erweiterung der Neutronen-Spinecho. Das Projekt ist auf die Arbeit zweier Doktoranden/innen an der TU Berlin und JCNS Außenstation am MLZ Garching ausgerichtet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Regine von Klitzing