Innovative rechnergestützte Analysemethoden von Streudaten zur Charakterisierung struktureller Umwandlungen in komplexen, kolloidalen Systemen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Gradzielski; Professor Dr.-Ing. Reinhold Orglmeister
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194096183

Ziel des Projektes ist die Entwicklung effizienter neuartiger Auswertemethoden zur Analyse von Daten der Kleinwinkelstreuung (SANS, SAXS) komplex strukturierter kolloidaler Systeme und die Anwendung dieser Methoden auf wissenschaftlich relevante Fragestellungen aus dem Bereich der weichen Materie, speziell bei morphologischen Änderungen solcher Systeme. Diese Analysemethoden sollen insbesondere die bisherigen Möglichkeiten zur Auswertung zeitabhängiger strukturellen Änderungen für den Fall anisotroper Streudaten erweitern, wie sie üblicherweise in externen Feldern auftreten (z. B. bei fließenden Systemen). Dies ist für das Verständnis komplexer Systeme der Kolloidforschung mit funktionalen Eigenschaften von essentieller Bedeutung, stellt aber aufgrund der meist vorhandenen Datenfülle und strukturellen Komplexität oft ein grundlegendes Problem dar. Dieses wird in diesem Projekt in einem interdisziplinären Ansatz durch die Kombination der modernen Methoden der Daten- und Signalverarbeitung mit dem physikalisch-chemischen Verständnis der betreffenden Systeme angegangen. Dabei werden effiziente, möglichst weitgehend automatisierte Algorithmen entwickelt, die es erlauben auch komplexe Analysen sehr umfangreicher Streudaten in systematischer Art und Weise durchzuführen. Eine adaptive Signalverarbeitung soll die Qualität der Datenanalyse zu erhöhen. Dies und eine umfassende kritische Bewertung der Relevanz individueller Parameter bei komplexen Strukturmodellen wird die Belastbarkeit der deduzierten strukturellen Aussagen klar werden lassen und somit zu einer wesentlich verbesserten strukturellen Modellierung führen, einer unabdingbaren Voraussetzung zum Verständnis komplexerer kolloidaler Systeme. Die sukzessive modulare Entwicklung eines Rechnerprogramms wird dabei während der gesamten Projektlaufzeit direkt an die strukturelle Charakterisierung kolloidaler Systeme aus der aktuellen Forschung gekoppelt. Somit wird eine ziel- und problemorientierte Programmentwicklung gewährleistet, die in modularer Weise an die vorliegenden Strukturfragen bei komplexen kolloidalen Systemen angepasst ist. Ein spezieller Schwerpunkt wird dabei auf eine möglichst weitreichende Analyse komplexer kolloidaler Systeme in externen Feldern gelegt, d. h. Scherfeldern und insbesondere von Systemen im Elongationsfluss, für den auch eine entsprechend Apparatur gebaut wird. Das Verhalten derart fließender kolloidaler Systeme ist für die Praxis von großer Relevanz, aber bisher oft nur sehr ungenügend strukturell untersucht worden, obwohl es für eine Vielzahl von Anwendungen und der Verarbeitung kolloidaler Systeme sowie aus dem Bereich der biologischen Systeme von zentraler Bedeutung ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen