EXC 2082:  3D Designer Materialien

• Fachliche Zuordnung: Polymerforschung ; Elektrotechnik und Informationstechnik ; Grundlagen der Biologie und Medizin ; Materialwissenschaft ; Molekülchemie ; Physik der kondensierten Materie ; Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
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• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390761711

Im 15. Jahrhundert revolutionierte Johannes Gutenberg den Buchdruck durch bewegliche Lettern. Dieser technische Fortschritt machte Informationen allgemein verfügbar und veränderte damit die Gesellschaft fundamental. Dreidimensionale (3D) additive Fertigungstechniken haben ein vergleichbar revolutionäres Potenzial. Aktuell sind Tischgeräte bereits in der Lage, digitale Information in strukturierte Materie (d.h. Materialien, Bauteile, Systeme) umzuwandeln. Auf der makroskopischen Skala ist dies ein wichtiger weltweiter Trend. Die Zeit ist reif, weit über das heute Vorstellbare hinaus zu denken. Unsere Vision sind skalierbare digitale 3D additive Fertigungstechniken – von der molekularen über die Mikrometer- und Nanometerskala bis hin zu makroskopischen Dimensionen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir im zentralen Forschungsfeld „Technologien“ neuartige Werkzeuge und Prozesse erforschen und entwickeln. Diese werden 3D additive Fertigungsverfahren skalierbar machen und die Prozessgeschwindigkeit sowie die Auflösung revolutionieren (bis zu 10 nm). Wir werden Nanodruckverfahren mit Multi-Materialsystemen etablieren. Das Forschungsfeld "Molekulare Materialien" wird die dazu notwendigen neuartigen Tektone, molekularen Tinten, photochemischen Schalter, Polymerlösungen, Photolacke etc. synthetisieren und bereitstellen, die für den Einsatz im Feld "Technologien" entscheidend sind. Wir werden darüber hinaus hierarchische Strukturen durch Selbstorganisation metallorganischer Gerüstverbindungen aus molekularen Tektonen entwickeln und als Materialsysteme nutzbar machen.Diese neuartigen 3D additiven Fertigungstechnologien sind mächtige Werkzeuge zur Beantwortung kritischer wissenschaftlicher Fragen und erlauben die Umsetzung bislang nicht zugänglicher Anwendungen in den Material- und Lebenswissenschaften. Dies wird im Forschungsfeld "Anwendungen" an drei Forschungs-Schwerpunkten zunehmender Komplexität gezeigt. Im ersten Schwerpunkt werden wir die 3D optische Verbindungstechnik für die ultrabreitbandige Informationsverarbeitung mittels optischer Chips der nächsten Generation entwickeln. Diese werden aus vielen verschiedenen übereinander angeordneten Lagen bestehen. Im zweiten Schwerpunkt stehen 3D Metamaterialien im Zentrum; hier werden wir mit wenigen Ausgangsstoffen maßgeschneiderte künstliche Materialien mit spezifischen und in der Natur unerreichten Eigenschaften drucken. Im dritten Schwerpunkt werden wir molekular funktionalisierte 3D Mikrogerüste verwenden, um Stammzelldifferenzierung und Gewebeorganisation zielgerichtet zu steuern. Die resultierenden hybriden zellulären Netzwerke agieren als 3D organotypische Systeme. Wir haben die Rekonstruktion der Retina eines Wirbeltiers als relevantes und anspruchsvolles Modellsystem gewählt.Wir wollen diese ambitionierten Ziele in einer koordinierten, interdisziplinären Anstrengung der Natur- und Ingenieurwissenschaften durch Nutzung der komplementären Stärken der beiden beteiligten Universitäten erreichen.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Mitantragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Beteiligte Institution: Karlsruher Institut für Technologie (KIT); International Department gGmbH
• Sprecherinnen / Sprecher: Professor Dr. Uwe F. H. Bunz, bis 10/2021; Professorin Dr. Christine Selhuber-Unkel, seit 7/2023; Professor Dr. Martin Wegener, bis 7/2023; Professor Dr. Joachim Wittbrodt, bis 7/2023
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Christopher Barner-Kowollik; Professor Dr. Martin Bastmeyer; Professor Dr. Stefan Bräse; Professorin Dr. Dagmar Gerthsen; Professorin Dr. Frauke Gräter; Professor Dr. Peter Gumbsch; Professor Dr. A. Stephen K. Hashmi; Professor Dr.-Ing. Christian Koos; Professor Dr. Jan Gerrit Korvink; Professor Dr. Ulrich Lemmer; Professor Dr. Michael Mastalerz; Professorin Dr. Gislene Pereira; Professor Dr. Carsten Rockstuhl; Professorin Dr. Ute Schepers; Professor Dr. Rasmus R. Schröder; Professorin Dr. Ruth Schwaiger; Professor Dr. Ulrich Schwarz; Professor Dr. Joachim P. Spatz; Professor Dr. Motomu Tanaka; Professorin Dr. Petra Tegeder; Professor Dr. Wolfgang Wenzel; Professor Dr. Christof Wöll