Metallopolymere als multifunktionale Formgedächtnismaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich S. Schubert
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317854808

Formgedächtnispolymere (shape-memory polymers - SMPs) sind in der Lage ihre ursprüngliche Form selbst nach einer Verformung wieder anzunehmen. Durch Beeinflussung mittels externer Stimuli (z.B. Wärme) kehrt das Polymer aus seiner temporären in die permanente Form zurück. Metallopolymere sind hervorragend dafür geeignet, um neuartige SMPs herzustellen. Diese schließen die Lücke zwischen den etablierten SMPs und den Formgedächtnislegierungen. Metallopolymere können durch externe Stimuli in ihren Eigenschaften variiert werden. Durch die integrierte supramolekulare Bindungseinheit (Metall-Ligand-Wechselwirkung) können die Reversibilität und die verwendeten Trigger (z.B. Wärme, Licht, Chemikalien) variiert werden. Dadurch ist es möglich, Polymere zu erhalten, welche durch eine Vielzahl an möglichen Stimuli geschaltet werden können. Im Rahmen dieses Projekts werden neuartige Metallopolymernetzwerke aus verschiedenen Metallionen und Comonomeren hergestellt. In diesem Zusammenhang werden zwei verschiedene Verarbeitungsmethoden genutzt: Zum einen der Reaktiv-Tintenstrahldruck sowie die Copolymerisation in Substanz. Die daraus resultierenden Metallopolymere werden hinsichtlich ihres Formgedächtnisverhaltens und ihrer Schaltbarkeit untersucht. Weiterhin wird der Einfluss des Metallsalzes auf die resultierenden Eigenschaften studiert. Diese grundlegenden Informationen werden später dazu genutzt, um neuartige Triple-Shape-Memory Metallopolymere herzustellen. Hierfür sind zwei Arten von Metallkomplexen notwendig, welche unabhängig voneinander adressierbar sein müssen. Somit wird durch die Stimulation eines Metallkomplexes der Übergang von der ersten temporären Phase in die Zweite induziert. Schließlich führt die Schaltung des zweiten Metallkomplexes durch einen externen Stimulus (z.B. höhere Temperatur oder Wärme) wieder zur Ursprungsform (d.h. der permanenten Form). Ein anderer Teil dieses Projekts beschäftigt sich mit der Selbstheilungsfähigkeit der Formgedächtnis-Metallopolymere. Hierfür wird der Einfluss des Formgedächtnisverhaltens auf die Selbstheilungseigenschaften untersucht. Somit soll schließlich festgestellt werden, ob ein verbessertes Selbstheilungsverhalten auftritt (SMASH). Letztendlich soll ein komplett neues Verhalten untersucht werden, das sogenannte Multiway Triple-Shape-Memory. Auch hierfür ist ein Metallopolymer mit zwei unabhängig voneinander adressierbaren Metallkomplexes notwendig. Weiterhin werden zwei orthogonale Stimuli verwendet. Im Gegensatz zu klassischen Triple-Shape-Memory Systemen ermöglicht dieses Verhalten, dass zwei verschiedene temporäre Formen nach der Verwendung des ersten Stimulus erreichbar sind. Welche der beiden Formen erhalten wird, hängt von dem verwendeten Stimulus ab. Wird zunächst z.B. Licht verwendet, wird eine andere Form erreicht, als wenn zuerst Wärme verwendet wird. Schließlich wird aber nach der Verwendung beider Stimuli die permanente Form erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen