Stapel von korrelierten Polymer-Lamellenkristallen als Plattform für funktionelle geordnete Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Reiter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410892664

Polymere lamellare Kristalle können als Teil der Familie von quasi-zwei-dimensionalen Nanoschichten mit abstimmbarer Dicke und (funktionellen) Oberflächeneigenschaften betrachtet werden. Neben monolamellaren Kristallen können aus der Lösung oder Schmelze Stapel von korrelierten mehrschichtigen Polymerkristallen mit einheitlicher Orientierung erzeugt werden. Es ist allgemein anerkannt, dass die Bildung neuer kristalliner Lamellen auf der amorphen Faltenoberfläche einer Basallamelle einen Keimbildungsprozess erfordert. Allerdings ist der Mechanismus, der für die Stapelbildung verantwortlich ist und wie die gestapelten Schichten miteinander verbunden sind, noch nicht klar. In diesem gemeinsamen Vorschlag zielen wir darauf ab, Stapel von korrelierten lamellaren Polymerkristallen herzustellen, sowohl aus Homopolymeren als auch aus Blockcopolymeren. Die Dicke des Lamellenkerns und der Grenzflächenschicht, die Anzahl der Lamellenschichten und die Flächendichte der Verbindungsketten in den Stapeln werden durch systematische Variation charakteristischer Polymerkettenparameter und Kristallisationsbedingungen eingestellt. Die Wirkung der selbstinduzierten Keimbildung auf die Faltenoberfläche wird methodisch und detailliert untersucht. Für die Bildung von Stapeln korrelierter Lamellen wird ein Modell entwickelt, das den Wettbewerb von Keimbildung, Wachstum und Diffusion berücksichtigt. Darüber hinaus werden wir Stapel von korrelierten lamellaren Polymerkristallen als Plattform für funktionelle anisotrope geordneten Strukturen einsetzen, die Verbundmaterialien ergeben, die Eigenschaften von Einkristallen aufweisen. So werden wir beispielsweise endfunktionalisierte Polymerketten synthetisieren (z.B. mit Tetraphenylethylen), die Licht emittieren, wenn die Endgruppen bei hohen Flächendichten aggregieren, was zu Emissionen induziert durch die Aggregation führt. Nach der Kristallisation solcher end-funktionalisierter Polymere sind die funktionellen Gruppen in amorphen Zwischenschichten zwischen kristallinen Lamellen eingeschlossen. Wir werden auch versuchen, Quantenpunkte oder kleine Farbstoffmoleküle in die amorphen Zwischenschichten einzubauen. Das Fluoreszenzverhalten (Orientierungs- und Polarisationsabhängigkeit) der gestapelten lamellaren Kristalle wird detailliert untersucht. Zusätzlich werden Lithiumsalze in amorphe Zwischenschichten eingebracht und die elektrischen (Transport-)Eigenschaften gemessen. Wir erwarten, dass das Ergebnis dieses Verbundprojektes nicht nur unser Verständnis des zentralen Mechanismus der selbstinduzierten Keimbildung in Polymerkristallen vertiefen wird, der zur Bildung von (hohen) Stapeln von korrelierten Polymerlamellenkristallen führt, sondern auch neue Konzepte für die Gestaltung von Funktionsmaterialien auf der Basis von korrelierten Stapeln von zweidimensionalen Polymerlamellenkristallen liefern wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jun Xu, Ph.D.