Charakterisierung ionischer Flüssigkeitsfilme mittels eines elektrochemischen Oberflächenkraftapparates im Hinblick auf tribologische Eigenschaften und Herleitung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen

• Antragsteller: Dr. Florian Hausen
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 241890785

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung und Charakterisierung des tribologischen Verhaltens auf verschiedenen Schichten ionischer Flüssigkeitsfilme. Die Tribologie, also die Lehre von Oberflächen im Kontakt, die gegeneinander verschoben werden, ist von alltäglicher Relevanz und gleichzeitig von enormer wirtschaftlicher Bedeutung. Die beobachtete makroskopische Reibungskraft zwischen zwei Körpern beruht auf den kumulierten Interaktionen der Oberflächen auf atomarer Skala, wobei insbesondere die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Grenzfläche das Reibungsverhalten bestimmen. Ionische Flüssigkeiten sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, u.a. der Ausbildung einer Schichtstruktur vor festen Oberflächen, ideale Kandidaten für die Hochleistungs-Schmierstoffe der Zukunft. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden Experimente auf der Nano- und Mikrometerskala an der University of Oxford in Großbritannien mittels eines Oberflächenkraftapparates unter vollständiger elektrochemischer Kontrolle der Probe durchgeführt. Der Vorteil der Einbindung elektrochemischer Methoden liegt in der Möglichkeit begründet, Schlüsseleigenschaften wie die Rauigkeit des Substrates und die Stabilität und Anordnung der Schichtstruktur der ionischen Flüssigkeit reversibel und in situ kontrollieren zu können. Hauptaugenmerk des Projektes ist die Erlangung des wissenschaftlichen Verständnisses des Aufbaus der festflüssig Grenzfläche als Gleitebene innerhalb der ersten Nanometer vor der Oberfläche. Die mechanischen Eigenschaften werden mit einer extrem genauen Kraftauflösung untersucht, wie sie nötig ist, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auf einer molekularen Längenskala zu bestimmen. Aufbauend auf Ergebnissen, die bereits in Oxford als auch vom Antragsteller erzielt wurden, werden bestimmte Eigenschaften sowohl der ionischen Flüssigkeiten wie die Größe der Anionen und Kationen, die Ladungszahl und die Alkylkettenlänge als auch der Substratoberfläche (die Rauigkeit) variiert. Darüber hinaus ist die gezielte Einbringung von Fremdstoffen wie Wasser und Salze und die Bestimmung deren Einflusses auf das Reibungsverhalten vorgesehen. Die in diesem Vorhaben beschriebene Grundlagenforschung ist entscheidend für die Etablierung tribologischer Anwendungen von ionischen Flüssigkeiten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Dr. Susan Perkin