Float-Cast Microsieves with Elliptical Pores
Synthesis and Properties of Functional Materials
Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
Final Report Abstract
Ellipsoide Partikel und deren Verwendung zur Herstellung von Mikrosieben mit elliptischen Poren standen im Fokus des durchgeführten Projekts. Derartig strukturell kontrollierte Mikrosiebe stellen Modellsysteme dar, anhand derer ein besseres Verständnis für die Permeanz von Größenausschlussmembranen generiert werden kann. Die Herstellung solcher Mikrosiebe gliedert sich in zwei Schritte: 1) Die Herstellung geeigneter Partikel, und 2) die Anordnung der Partikel in zwei-dimensionale Strukturen bei gleichzeitiger Strukturinversion. Im Bereich der Partikelherstellung konnte die etablierte Synthese insbesondere bzgl. der Partikelaufreinigung erweitert werden. So konnten wir einerseits zeigen, bei welchen Konzentrationsbereichen Clusterbildung im Kompositfilm zu erwarten sind, andererseits ließen sich diese durch die Verstreckung wieder aufbrechen. Dies führte letztlich zu monodispersen, ellipsoiden Partikeln, deren Aspektverhältnis gut kontrolliert werden kann. Der Verstreckungsprozess führt einen Überschuss des Matrixpolymers Polyvinylalkohol ein, welcher durch ein spezielles Reinigungsprotokoll nahezu vollständig entfernt werden kann.mDurch den so kontrollierten Prozess war es möglich definierte Ausgangspartikel sowohl bzgl. ihrer Oberflächenfunktionalität als auch ihrer Geometrie in ausreichenden Mengen herzustellen. Unter Verwendung dieser ellipsoiden Partikel konnten wir erfolgreich mit dem Float-Cast-Verfahren Mikrosiebe mit elliptischen Poren herstellen. Die Packungsdichte der Partikel nahm mit zunehmendem Aspektverhältnis der ellipsoiden Partikel ab. Ebenso die mechanische Stabilität. Dies führte dazu, dass wir erfolgreich Mikrosiebe mit elliptischen Poren mit einem Aspektverhältnis von ca. 1.5 herstellen konnten, unter Verwendung von Partikeln mit einem Aspektverhältnis von ca. 4 nicht erfolgreich waren. Das hergestellte Mikrosieb mit elliptischen Poren hat durchgängige Poren. Seine Permeanz ist im unteren Bereich des Erwartbaren. Die theoretisch vorhergesagte höhere Permeanz pro Pore wurde in der real vorliegenden Membran durch eine geringere Porosität leider wieder kompensiert. Wie schon im Antrag formuliert, führten die hier durchgeführten Experimente nicht zu wirtschaftlich verwertbaren Ergebnissen. Aus Sicht der Grundlagenforschung werten wir die Erkenntnisse als Erfolg.
Publications
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„Prolate Spheroidal Polystyrene Nanoparticles: Matrix-Assisted Synthesis, Interface Properties, and Scattering Analysis“, Autoren: Dominik Benke, Tanja Feller, Marcel Krüsmann, Anna M. Neuhöfer, Friederike Ganster, Matthias Karg, Markus Retsch Retsch, Soft Matter 2023, 19 (46), 9006-9016 1
Dominik Benke, Tanja Feller, Marcel Krüsmann, Anna M. Neuhöfer, Friederike Ganster, Matthias Karg & Markus Retsch
