Poröse Polymerfilme mit passgenauen Streuungseigenschaften

• Antragsteller: Dr.-Ing. Guillaume Gomard; Professor Dr. Hendrik Hölscher
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410400458

Im “PROPOLIS”-Projekt werden wir poröse Polymerfilme mit passgenauen Eigenschaften in der Lichtstreuung entwickeln. Das poröse Netzwerk ist inspiriert durch die innere Struktur, die man in den Schuppen von intensiv weißen Käfern findet, und wird durch einen hochgradig skalierbaren Schäumungsprozess mit superkritischem CO2 hergestellt. Die strukturelle Unordnung wird durch die Nukleation und das Wachstum der Poren kontrolliert und resultiert in einstellbare Verteilungen der Durchmesser (von Mikro- zu Nanometern), Dichte und Anordnung der Poren innerhalb der Filme. Unsere Expertise in der spontanen Phasenseparation von Polymermischungen aus der in der ersten Förderperiode des SPP 1839 wird auf diese Weise durch die Kontrolle der dreidimensionalen Morphologie des porösen Netzwerks erweitert und umfasst geschlossene und offene Konfigurationen.Das Verständnis der Beziehung zwischen den optischen Eigenschaften (Lichtstreuung, freie optische Weglänge, Anisotropie der Streuung, Verhältnis zwischen Vorwärts und Rückstreuung, ...) und der Morphologie des porösen Netzwerks ist ein zentraler Aspekt unseres Projekts. Dafür nutzen wir die Expertisen des Lichttechnischen Instituts (LTI) in der optischen Charakterisierung und des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) in der Herstellung von biomimetischen Nanostrukturen. Zu diesem Zweck werden wir geeignete numerische Methoden entwickeln, die entweder auf Ray-Tracing (Monte Carlo) Simulationen beruhen oder auch auf der T-Matrix Methode, um kohärente, multiple Streuungseffekte zu berücksichtigen. Die Analyse der Morphologie wird für realistische Konfigurationsmodelle genutzt werden. Weiterhin werden wir diese Daten nutzen, um die meisten optischen Eigenschaften mittels einer Inversionsprozedur in Kombination mit Spektroskopie-Experimenten zu erhalten.Abschließend werden wir demonstrieren, dass poröse Polymerschichten eine kosteneffektive und flexible Lösung für verschiedene Anwendungen im Bereich der Energiematerialen darstellen. Als Nachweis der Machbarkeit werden wir Lichtstreuungseigenschaften von solchen Polymerfilmen optimieren, und so die Lichtkonversionseffizienz von Quantenpunkt-Leuchtdioden, die Kühlungsleistung von passiven Kühlsystemen und die Lichtabsorption von dünnen Solarzellen verbessern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1839: Tailored Disorder - A science- and engineering-based approach to materials design for advanced photonic applications
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Ulrich Lemmer