Multifunktionale Membranen aus Graphenoxid und TiO2-Nanokristallen: Steuerung elektrischer, mechanischer und elektromechanischer Eigenschaften durch photokatalytische Reduktion

• Antragsteller: Dr. Tobias Vossmeyer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395896547

In diesem Projekt werden freistehende Kompositmembranen aus teilreduziertem Graphenoxid (rGO/GO) und TiO2-Nanostäbchen bzw. -plättchen untersucht. Die Graphenkomponente sorgt in diesen Membranen für elektrische Leitfähigkeit. Außerdem weisen (rGO/GO)-Blätter eine sehr hohe Festigkeit auf, wobei sie jedoch höchst flexibel sind. Sie passen sich daher der Form der TiO2-Nanokristalle an und verbinden diese höchst effektiv, sodass ein extrem robustes Nanoverbundmaterial resultiert. Die TiO2-Nanokristalle steuern zwei weitere wichtige Funktionen bei: Erstens sind sie photokatalytisch wirksam. Dies wird genutzt, um den Reduktionsgrad des Graphenoxids einzustellen und somit die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Membranen zu steuern. Zweitens besitzen TiO2-Nanokristalle hohe Steifigkeiten und bilden je nach Größe, Form und Flächendichte heuhaufenähnliche oder schuppenartige Assemblate, wodurch die resultierenden Komposite mechanisch extrem verstärkt werden können. Das Hauptaugenmerk des Projektes liegt auf der Charakterisierung der mechanischen und responsiven elektromechanischen Eigenschaften der Membranen durch AFM-Bulge Tests und gleichzeitigen Ladungstransportmessungen. Außerdem werden die Membranen zum Aufbau elektrostatisch getriebener Aktuatoren und Resonatoren genutzt, wobei der Einfluss verschiedener Umgebungsparameter auf deren Eigenschaften untersucht wird. Die gewonnenen Datensätze sollen schließlich die fundierte Beurteilung des Potentials solcher Membranen für Anwendungen als neuartige elektromechanische Sensoren und Aktuatoren ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen