Magnetoelastomere Nanocomposite mit supramolekularen Eigenschaften Teil 2: Supramolekulare Elastomere

• Antragstellerin: Dr. Margarita Kruteva
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283337657

Ziel dieses Projekts ist die Synthese, sowie die anschließende Untersuchung von magneto-elastomeren Nanokompositen (NK) mit supramolekularer Funktionalität. Die NK bestehen aus magnetischen, mit Polymeren beschichteten Nanopartikeln (MNP) und einer Matrix aus elastomerem 1,4-Polyisopren (PI) oder Polyalkylenoxiden. Diese Hybridmaterialien können magnetisch induziert geordnet werden, was besonders bei niedrigen Matrixviskositäten zu erwarten ist. Die Eigenschaften dieser NK hängen zum einen von den äußeren Bedingungen (Temperatur, Eigenschaften der Matrix) ab und können zum anderen leicht durch äußere Kräfte (Magnetfelder, Deformationen) beeinflusst werden. Sie sind u.a. von besonderem Interesse in der Nanotechnologie, der Nanoelektronik und für optische Anwendungen. Während der ersten Förderperiode haben wir gemeinsam mit Prof. H.Weller (Hamburg) eine Syntheseprozedur entwickelt, bei der sehr monodispers verteilte MNP, bestehend aus einem superparamagnetischen Eisenoxidkern (SPIONs) eingebettet in einer Polymerhülle, erhalten werden. Mithilfe der Kombination aus Streumethoden und TEM konnten wir zeigen, dass eine Agglomeration der Partikel kaum stattfindet. Gegenwärtig arbeiten wir am Ersatz der äußeren PEO-Korona der MNP durch elastomere Polymere wie z.B. PI. In Zusammenarbeit mit Prof. A.Schmidt (Köln) werden zudem CoFe2O4 MNP untersucht, die direkt mit PI beschichtet werden können. Unsere Streuexperimente sowohl in Lösung als auch in reiner Matrix zeigten bei Anlegen eines Magnetfelds zum einen eine kettenförmige Anordnung der MNP parallel zum Feld und zum anderen einen deutlichen Beitrag an magnetischer Streuung, welche mittels SANS detektiert werden kann. Die Minimalgröße für diese Effekte bei den verwendeten MNP liegt bei einem Durchmesser von 16 nm. In der nächsten Förderperiode planen wir weitere systematische Charakterisierungen der modifizierten MNP unter einem magnetischen Feld in Lösung und in Polymermatrix, sowie die Implementierung einer supramolekularen Funktionalisierung. Sowohl die Matrixpolymere als auch die Polymerhülle der MNP sollen mit Gruppen funktionalisiert werden, die zu H-Brücken fähig sind. Damit wird eine feldinduzierte Ordnung bei einer erhöhten Temperatur, also im Falle offener H-Brücken, möglich sein, andererseits können die so erhaltenen Strukturen durch Abkühlen des Systems "eingefroren" werden, indem sich die H-Brücken schließen. Die Matrix bildet somit supramolekulare Einheiten und besitzt elastomere Eigenschaften. Diese Einheiten können sich linear anordnen und bieten somit eine Kontrolle über die Viskosität des Systems. Alternativ können solche Ordnungseffekte auch durch eine mechanische Deformierung der gummiartigen MNK erreicht werden. Gemeinsam mit Partnern planen wir in-situ Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften der MNP in Abhängigkeit vom Feld und vom Abstand zwischen den NP, was für die meisten Anwendungen von elementarer Wichtigkeit ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1681: Feldgesteuerte Partikel-Matrix-Wechselwirkungen: Erzeugung, skalenübergreifende Modellierung und Anwendung magnetischer Hybridmaterialien
• Mitverantwortlich: Jürgen Allgaier, Ph.D.