Herstellung von mesoporösen Nanoteilchenstrukturen mittels Kosolventverdampfung

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Müller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Polymermaterialien ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250780975

Mesoporöse Materialien von Übergangsmetallen finden aussichtsreiche Anwendungen in den Bereichen Katalyse, Detektortechnik und Energieforschung. Typischerweise werden diese mesoporösen Strukturen mittels verdampfungsinduzierter Selbstassemblierung von amphiphilen, oberflächenaktiven Molekülen und Übergangsmetall-Nanoteilchen hergestellt. Aufgrund der hohen Reaktivität der Nanoteilchen in Lösung hängen die Wechselwirkungen zwischen den Nanoteilchen und zwischen Nanoteilchen und amphiphilen Molekülen stark von der Lösungsmittelkonzentration ab. Da diese konzentrationsabhängigen Wechselwirkungen während der Verdampfung der Lösungsmittel variieren, ist die Kinetik der Strukturbildung abhängig von der Prozessführung.In dieser Fortführung unseres Projekts werden wir eine neue Simulationsstrategie entwickeln, um dieser Abhängigkeit von der Prozessführung Rechnung zu tragen und die Kinetik der Strukturbildung in mesoporösen Filmen von Übergangsmetallen zu untersuchen. Die Verdampfung der zwei Lösungsmittel wird mittels eines Kontinuumsmodells beschrieben, in welchem die Profile der beiden Lösungsmittel durch die numerische Lösung einer Diffusionsgleichung mit bewegender Randbedingung erhalten werden. Diese zeitabhängigen Lösungsmittelprofile werden nachfolgend benutzt, um die, durch das Lösungsmittel modulierten Wechselwirkungen zwischen Nanoteilchen und amphiphilen Molekülen in unserem rechnerisch effizienten, weichen, vergröberten Modell zu bestimmen. Die starken Wechselwirkungen zwischen den Nanoteilchen und zwischen Nanoteilchen und amphiphilen Molekülen, welche bei geringer Lösungsmittelkonzentration auftreten, führen zu einer irreversiblen Aggregation, welche wir durch Bindungen (Crosslinks) darstellen. Diese effizienten Kombination von Kontinuumsmodell und Teilchensimulation wird es uns ermöglichen, die Prozessparameter auszuloten, deren Einfluss zu verstehen, und die Prozessführung für die Herstellung wohl-geordneter mesoporöser Filme von Übergangsmetallen zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen