Dynamische Flüssigkolloide (DLCs): Grundlagen & Anwendungen

• Antragsteller: Dr. Lukas Zeininger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427873626

Mehrphasige komplexe Emulsionen, bestehend aus zwei oder mehr nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten sowie mehreren äußerst empfindlichen Grenzflächen, bieten eine einzigartige Plattform für die Herstellung dynamischer, "intelligenter" Materialien. Ziel der in diesem Antrag beschriebenen Grundlagenforschung ist die Entwicklung grundlegender Konzepte zur Stabilisierung, Manipulation und Anwendung dynamischer Flüssigkolloide (DLCs). Durch die präzise Herstellung dynamischer Flüssigkolloide und der Verwendung neuartiger Polymere, Moleküle und molekularer Schalter als Steuerungselemente werden wir in unerforschte Bereiche der Kolloidwissenschaft vordringen und ein tiefes Verständnis von Grenzflächenprozessen und Wechselwirkungen zwischen weicher Materie (z. B. Polymere, Kolloide, Biologika etc.) mit DLC-Grenzflächen generieren und so Einblicke in die DLC-Thermodynamik und DLC-Dynamik erhalten. Aktive Tenside, basierend auf innovativen molekularen und polymeren Designs und Konzepte für die Fertigung integrierter Systeme mit maßgeschneiderten Eigenschaften bilden die Grundlage zur Entwicklung neuer dynamischer Formen von DLCs für die Herstellung von chemischen und biologischen Sensoren, 3D-Präzisionsobjekten, strukturierten optischen Beschichtungen sowie neuer aktiver Elemente mit beispiellosen autonomen Fähigkeiten.Ein umfassendes Verständnis der zugrunde liegenden optischen Eigenschaften von DLCs in Kombination mit ihrer Fähigkeit auf ihre Umgebung zu reagieren, wird die Entwicklung analytischer Geräte zum Nachweis einzelner Moleküle, Proteine oder pathogener Bakterien ermöglichen. Wir werden außerdem zeigen, wie komplizierte und schaltbare intrinsische Strukturen durch chemische, elektrische, magnetische oder photochemische Beeinflussung der empfindlichen Grenzflächen gesteuert und fixiert werden können. Neuartige DLCs, welche vorprogrammiert assemblieren oder auseinanderfallen bilden die Grundlage zur einfachen Herstellung komplexer Muster, funktionaler Dünnschichten sowie meso- und makroskaliger Strukturen für die Erzeugung neuartiger optischer und elektrischer Materialien. Generell werden diese Bemühungen es uns ermöglichen eine ganze Reihe an komplexen, gleichmäßigen oder dynamischen Strukturen zu schaffen. Die Verwendung von DLCs, die auf Licht, elektrische und magnetische Felder oder chemische Reaktionen reagieren ermöglicht es neue, autonome DLC-basierte Systeme zu erzeugen, welche sich gerichtet entlang einer bestimmten Oberfläche oder durch Eigenantrieb fortbewegen lassen. Die Herausforderungen die sich aus der stetigen Erforschung neuer Anwendungsfelder ergeben, werden wiederum unsere Grundlagenforschung zur DLC-Thermodynamik und DLC-Dynamik beeinflussen. Wir sind bereit, mit den Ressourcen eines Emmy-Noether-Stipendiums, ein breites Spektrum an DLC-Grundlagenforschung sowie deren unmittelbare, transformative Anwendung in funktionellen Bauteilen zu liefern um somit den Stand der Forschung zu dynamischen Flüssigkolloiden zu bereichern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen