Elektrostatisch anregbare Gerüstmaterialien aus aromatischen Grundbausteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Volkmer
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426506525

Ziele: Es werden neuartige, in elektrischen Feldern anregbare, kristalline molekulare Materialien entwickelt, die im Hinblick auf technische Anwendungen getestet werden, wie z. B. dem Einsatz in der Gastrennung, der Speicherung von Informationen und als mechanische Aktuatoren. Durch Integration des E-Feld abhängigen Ansprechverhaltens in ein passendes Gerüstdesign beabsichtigen wir die Entwicklung ferroelektrischer, kristalliner mikroporöser Polymere (F-CMPs) zur Realisierung der folgenden, technologisch extrem anspruchsvollen Anwendungen: (a) kristalline Nanorotoren, (b) schaltbare ferroelektrische Substanzen für 2D/3D-ultradichte Speichermaterialien und (c) Nanoantriebe mit ultraschnellen Schaltreaktionen (künstliche Muskeln).Methodik: Das Materialdesign basiert auf porösen kovalenten organischen Gerüsten (COFs) oder Metall-organischen Gerüsten (MOFs) mit dipolaren Linkern. Die Linker sind durch externe elektrische Felder schaltbar, wodurch die Struktur und die Dynamik des Gerüstgitters kontrolliert wird. Es werden verschiedene chemisch unterschiedliche Materialklassen untersucht, die Kuratowski-Untereinheite oder sattel- bzw. gelenkförmige Aromaten enthalten. Alle Gerüstverbindungen werden mit Standardmethoden der thermischen Analyse (TGA, DSC, VT-XRPD), Porositätsanalyse (BET-Oberfläche) sowie mit verschiedenen spektroskopischen Techniken (UV-Vis / NIR-, FT-IR- und Raman-Spektroskopie) untersucht. Speziell werden die auf ein elektrisches Feld reagierenden Eigenschaften dieser Gerüste mit Raman-, Doppelbrechungs- und dielektrischer Spektroskopie untersucht.Implikation: Das Projekt zielt auf die Entwicklung von auf ferroelektrische Stimuli reagierenden Materialien für Anwendungen in verschiedenen Bereichen der (Nano-) Technologie, einschließlich technisch äußerst anspruchsvoller Prozesse, wie etwa mechanische Nanoantriebe mit außergewöhnlichen großen und ultraschnellen Schaltreaktionen, sowie 2D/3D-ultrahochdichte Informationsspeichermaterialien.Mehrwert der internationalen Zusammenarbeit: Ein Konsortium aus zwei Forschungsteams, die für ihr komplementäres Know-how in den Bereichen organische Synthese und aromatische Materialien (Prof. Stepien) sowie Festkörperchemie (Prof. Volkmer) international anerkannt sind, werden alle Aspekte des geeigneten Designs und der Entwicklung von ferroelektrischen Gerüstverbindungen, einschließlich Proof-of-Principle-Studien über ihre geplanten Funktionen abdecken. Da die beiden Gruppen zuvor nicht zusammengearbeitet haben, sollte der Mehrwert der Zusammenarbeit von erheblicher Bedeutung sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Marcin Stepien