Magneto-optisch schaltbare anisotrope Suspensionen und Gele

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Stannarius
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238059133

Im Projekt werden zwei erfolgreiche Gebiete der Soft-Matter-Physik vereinigt, magnetische Fluide und Flüssigkristalle. Ziel ist, daraus eine neue Klasse von multifunktionalen Materialien zu entwickeln, die empfindlich auf magnetische Felder reagieren und die für magneto-optisches Schalten und magneto-mechanische Effekte genutzt werden können. Dazu kombinieren wir Ferrofluide und funktionalisierte magnetische Nanopartikel mit lyotropen nematischen Suspensionen und thermotropen Flüssigkristallen. Ferromagnetische Nanopartikel liefern die Sensitivität gegenüber magnetischen Feldern. Anisometrische Kristallite bzw. flüssigkristalline Mesogene tragen doppelbrechende optische Eigenschaften bei. Diese Kombination eröffnet das Potential für vielseitige Anwendungen. Stabile Suspensionen wurden in der ersten Antragsperiode des Schwerpunktprogrammes hergestellt und charakterisiert, außerdem gab es erfolgreiche Vorversuche zur Herstellung anisotroper Ferrogele. Ziel der weiteren Arbeiten im Projekt ist die Untersuchung der Wechselwirkung magnetischer Nanopartikel mit der lokalen komplexen anisotropen Matrix in verschiedenen Systemen. Schwerpunkt ist der Einfluss der Matrixstruktur auf die magneto-optischen und viskoelastischen Eigenschaften der Komposite: Externe magnetische Felder bewirken die Selbstorganisation der magnetischen Nanopartikel, die die anisotrope Umgebung (der Matrix) beeinflusst. Die Rückkopplung der Matrix bestimmt die Strukturbildungsdynamik der magnetischen Subphase sowie optische und mechanische Eigenschaften. Wir werden drei verschiedene Matrix-Systeme untersuchen, plättchen- und stäbchenförmige nichtmagnetische Partikel (Pigmentkristallite) dispergiert in einem isotrop flüssigen Medium, Organo-Gele mit fadenförmiger innerer Struktur und organische Flüssigkristalle. Ein besonderer Aspekt ist dabei der Übergang von isotropen zu anisotropen Matrizen.Die wichtigsten experimentellen Charakterisierungstechniken sind magneto-optisches Schalten, Messungen der magnetisch induzierten Doppelbrechung und des Dichroismus, sowie magnetisch induzierter Drehmomente. Dazu kommen rheologische Untersuchungen, Magnetorelaxometrie (MRX) und Suszeptometrie (ACS) und andere Methoden in Kooperation mit anderen Gruppen des Schwerpunktes.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1681: Feldgesteuerte Partikel-Matrix-Wechselwirkungen: Erzeugung, skalenübergreifende Modellierung und Anwendung magnetischer Hybridmaterialien
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Alexey Eremin