SFB 1552:  Defekte und Defektkontrolle in weicher Materie

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Biologie ; Physik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465145163

"Defect Engineering" ist ein etablierter Begriff und Ansatz in der Festkörperforschung, vor allem im Zusammenhang mit elektronischen, mechanischen und optischen Eigenschaften anorganischer Halbleiter. Im Gegensatz dazu ist das Potenzial der Defektkontrolle in weicher Materie mit ihrer inhärent reichhaltigen Freien Energielandschaft und Strukturvielfalt noch nicht umfassend erforscht. Während Strategien zur Herstellung und Funktionalisierung defektfreier, wohldefinierter polymerer und kolloidaler Strukturen in der Vergangenheit viel Aufmerksamkeit erregt haben, sind Versuche, Defekte in weicher Materie zu klassifizieren, zu bewerten und zu kontrollieren, bislang selten. Das Ziel des vorgeschlagenen Sonderforschungsbereichs (SFB) ist es, dieses Paradigma zu verschieben. Dazu wollen wir den Einfluss von Defekten auf Struktur, Dynamik und Eigenschaften polymerer, kolloidaler und amphiphiler Systeme verstehen und darauf aufbauen umfassende Strategien entwickeln, um die Defektbildung zu kontrollieren und so Defektstruktur(en), Konzentration und zeitliche Entwicklung maßzuschneidern. Basierend darauf wollen wir (1) ein grundlegendes Verständnis des Zusammenspiels zwischen Defekten und der Adaptivität und Resilienz dynamischer Systeme weicher Materie etablieren (2) die Entwicklung von Funktionseinheiten ermöglichen in denen Defekte die Funktionsgeber sind, z.B. durch Steuerung des Transports von Materie oder Ladungen. Zu diesem Zweck schlagen wir eine Defekt-Klassifizierung in topologische Defekte, Konnektivitätsdefekte und Dotierungsdefekter vor. Die Auswirkungen dieser Art von Defekten in weicher Materie sollen im vorgeschlagenen Forschungsvorhaben durch Synergie von Experiment und Theorie systematisch erfasst werden. Experimentell erfordert die Untersuchung der verschiedenen Defekttypen nicht nur umfassendes synthetisches Know-how, sondern auch spezialisierte analytische Methoden. Wir werden in unserem Verbundvorhaben ein breites Spektrum weicher Materie abdecken, von flexiblen Polymeren über Blockcopolymere und Amphiphile bis hin zu Kolloiden und Biomolekülen. Wir werden hierbei sowohl klassische als auch spezielle Eigenschaften weicher Materie in den Fokus nehmen und hierfür grundlegende Wirk-Prinzipien für die Anwesenheit verschiedener Formen von Defekten zu finden, etwa bzgl. Der makroskopischen Elastizität, Viskoelastizität und mikroskopischer Permeabilität als auch bspw. Bzgl. Der elektrooptischen Aktivität polymer- und kolloidbasierter Funktionseinheiten. In einem weiteren Schritt werden aktive supramolekulare Materialien synthetischen und biologischen Ursprungs im Hinblick auf die kontrollierbare Induktion und Eliminierung von Defekten untersucht.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - Echtzeit-Beobachtung von nanoskaligen Soft-Matter Defekten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Budker, Ph.D., Dmitry ;  Ermakova, Anna )
• A02 - Kontrolle hybrider Molekül/Magnet Grenzflächen durch Defektengineering (Teilprojektleiterin Wittmann, Angela )
• A04 - Energieübertragung zu maßgeschneiderten organischen Farbstoffen zur Verhinderung des Trapping von Ladungsträgern (Teilprojektleiter Blom, Paul )
• A05 - Wasserstofferzeugung durch sichtbares Licht mit maßgeschneiderten Photokatalysator-dotierten Mizellen in Wasser (Teilprojektleiter Kerzig, Christoph )
• A06 - Supramolekulare Multikomponenten-Copolymerisation für kontrollierte Defektentwicklung (Teilprojektleiterin Dhiman, Ph.D., Shikha )
• B01 - Erhöhte Mobilität in supramolekularen Polymernetzwerken durch Konnektivitätsdefekte (Teilprojektleiter Nikoubashman, Arash ;  Seiffert, Ph.D., Sebastian )
• B02 - Molekulare Defekt-regulierte 1D-Supramolekularpolymer- und Hydrogelbildung unter Verwendung von Multidomänen-Peptiden (Teilprojektleiter Besenius, Pol )
• B03 - Homeostatisches Systemverhalten zur Entwicklung von Widerstandsfähigkeit gegen Defekte (Teilprojektleiter Besenius, Pol ;  Walther, Andreas )
• B04 - Organisation von Wasserkonnektivitätsdefekten im Nanomaßstab an Proteinen und Proteingrenzflächen (Teilprojektleiter Czodrowski, Paul ;  Stelzl, Lukas )
• C01 - Einfluss kolloider Defekte auf die Bildung von Strukturen aus membranbildenden Amphiphilen und amphiphilen Blockcopolymeren (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Bleul, Regina ;  Maskos, Michael )
• C02 - Manipulation von Defekten mit Defekten in Block-Copolymer-basierten Materialen (Teilprojektleiterin Schmid, Friederike )
• C03 - Dynamische Defektheilung in enzymatischen Reaktionsnetzwerken zur Entwicklung autonomer rekonfigurierbarer ATP-betriebener Nichtgleichgewichts-Mehrkomponentensysteme (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Gerber, Ph.D., Susanne ;  Walther, Andreas )
• C04 - Defekte in Lipidmembranen und deren Auswirkungen auf Funktion, Struktur und Aktivität verstehen und kontrollieren (Teilprojektleiter Schneider, Dirk ;  Wahl, Johannes M. )
• Q01 - Interdisziplinäre Sensorik und Spektroskopie (Teilprojektleiter Budker, Ph.D., Dmitry ;  Ulbricht, Ronald )
• Q02 - Optische Hochauflösungsbildgebung in Systemen weicher Materie (Teilprojektleiterin Liu, Xiaomin )
• Q03 - Dynamische Informationen durch Röntgenstreuung (Teilprojektleiterin Amann-Winkel, Ph.D., Katrin )
• Z01 - Administration und Koordination (Teilprojektleiter Seiffert, Ph.D., Sebastian )
• Z02 - Integriertes Graduiertenkolleg “Defects to Effects Engineering in Materials Sciences” (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Amann-Winkel, Ph.D., Katrin ;  Besenius, Pol )

• Antragstellende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
• Beteiligte Institution: Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM; Max-Planck-Institut für Polymerforschung
• Sprecher: Professor Dr. Sebastian Seiffert, Ph.D.