Veränderung der Eigenschaften mehrphasiger Flüssigkeiten durch geometrische Beschränkung in modernen mesoporösen Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Fröba; Professor Dr. Patrick Huber
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407319385

Fluide eingebettet in Poren von wenigen Nanometer Durchmesser zeigen Eigenschaften, die meist völlig von denen der entsprechenden Volumensysteme abweichen. Sie erregen deshalb einerseits ein starkes Interesse bzgl. ihres technologischen Potentials. Andererseits gibt es eine starke wissenschaftliche Motivation, ein tieferes, grundlegendes Verständnis von Flüssigkeiten in nanoskaligen Geometrien zu erzielen.Im letzten Jahrzehnt wurde eine beeindruckende Zahl von physikalisch-chemischen Eigenschaften von Flüssigkeiten in mesoporösen Medien untersucht. Es zeigte sich dabei, dass die Natur der Grenzflächen-Fluid Wechselwirkung und die Parameter der geometrischen Beschränkung das Phasenverhalten, die Struktur, die Dynamik und das Fließverhalten und damit den Flüssigkeitstransport stark beeinflussen. Der nächste Schritt wäre nun die gezielte Steuerung der Fluideigenschaften durch geometrische Beschränkung. Die meisten der bisherigen Studien haben sich jedoch mit einphasigen Fluiden in "passiven" porösen Medien befasst, während in Natur und Technik meist komplexere, vor allem mehrphasige Fluide vorliegen. Die wissenschaftlichen Voraussetzungen für die gewünschte Kontrolle von Fluideigenschaften auf der Nanoskala sind also nur in sehr eingeschränktem Maße oder nicht gegeben. Die Zielsetzung des hier vorgestellten NanoLiquids Projekts ist deshalb die Erforschung von Systemen, die diese Hürde durch eine Kontrolle der Grenzfläche zwischen Fluid und porösem Medium basierend auf multiphasigen Fluiden in funktionalisierten porösen Materialien mit periodisch alternierender Oberflächenchemie überwindet. Ausgehend von Studien der mikroskopischen Eigenschaften von binären Volumenflüssigkeiten sollen die physiko-chemischen Eigenschaften dieser mehrphasigen Systeme in maßgeschneiderten mesoporösen Materialien erforscht werden. Dabei stehen Phänomene wie die Mikrophasenseparation, eine verstärkte Gaslöslichkeit im Nanofluid, die Änderungen der Rheologie der Fluide sowie das komplexe Wechselspiel dieser Effekte im Vordergrund der Forschungen. Wesentlich für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn ist dabei das Abdecken von zeitlichen und räumlichen Skalen von der molekularen bis hin zur makroskopischen Ebene. Hierbei profitiert dieses Projekt von dem facettenreichen Spektrum von komplementären Methoden und sich ergänzender Expertisen, die im Rahmen dieser deutsch-französischen Kooperation sowohl experimentell als auch bei der theoretischen Modellierung vorliegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Denis Morineau