Form-verändernde Polymer-Origami mit räumlich und zeitlich vollständig-programmierbarer Faltung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Fery; Professor Dr. Leonid Ionov
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424722442

Formändernde Materialien sind für das Design von 3D Mikroelektronik, Biomaterialien, robotischen Mikrosystemen, mikrofluidischen Systemen, "smarte" Textilien oder optische Anwendungen von großer Bedeutung. Innerhalb dieses Felds ist Polymer Origami, welches auf Strukturen, die sich kontrolliert falten lassen beruht, ein sehr vielversprechender Ansatz. Bisher gibt es allerdings mehrere fundamentale Einschränkungen für Polymer Origami:- Statt einer Sequenz von Faltungsvorgängen sind beim Polymer Origami in der Regel nur zwei Zustände, ein komplett gefalteter und ein komplett ungefalteter möglich- Gefalteter und ungefalteter Zustand können nicht immer beliebig „eingefroren“ oder reversibel gestaltet werden.Diese Projekt hat das Ziel diese Einschränkungen aufzuheben und einen Polymer Origami Ansatz mit komplett flexibler Programmierbarkeit des Faltungsverhaltens zu etablieren. Dies wird durch neuartige dreilagige Hydrogel/Polymer/Hydrogel Strukturen, welche fotosensitive Nanopartikel enthalten erreicht. Die Nanopartikel erlauben eine lokale Ansteuerung der Faltungsvorgänge durch Licht. Durch Verwendung von zwei verschiedene stimulus-responsiven Hydrogelen wird Faltung in verschiedene Richtungen möglich. Die Polymer-Schicht im Zwischenraum erlaubt durch ihren niedrigen Schmelzpunkt ein kontrolliertes "Einfrieren" von gefalteten oder ungefalteten Zwischenzuständen. Unser Ansatz wird es ermöglichen, die Vorteile von Formgedächtnispolymeren mit den Vorteilen von Hydrogelen zu kombinieren und deren Nachteile zu beseitigen. In diesem Projekt werden die kooperative Wechselwirkungen verschiedener Formänderungsmaterialien sowie deren Wechselwirkung mit extern kontrollierten Nanopartikeln grundlegend untersucht. Das Projekt vereint die komplementäre Expertise der Gruppen Ionov und Fery in formändernden Materialen und optisch aktiven Nanopartikeln und Hybrid-Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen