Einstellbare Morphologien in dünnen Filmen aus geladenen Multiblockpolymeren

• Antragstellerin: Professorin Dr. Christine M. Papadakis
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493000819

Das Forschungsprojekt befasst sich mit den Morphologien, die von Multiblockpolymeren des Typs ABCBA im dünnen Film gebildet werden. Hierzu wird ein Pentablock-Terpolymer aus hydrophoben Poly(methyl methacrylat) (PMMA) Endblöcken A sowie Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylat) (PDMAEMA) und Poly(2-vinylpyridin) (P2VP) Mittelblöcken B und C untersucht. Der Ladungszustand der PDMAEMA- und P2VP-Blöcke lässt sich durch den pH-Wert der Lösung, die zur Filmpräparation verwendet wird, einstellen und hat einen großen Einfluss auf die Strukturen im Film. Ziel des Projekts ist es, durch zyklische Dampfbehandlung mit selektiven Lösungsmitteln (Wasser, Methanol sowie deren Mischungen) eine Vielzahl an Morphologien einzustellen, die sich aus dem Wechselspiel zwischen den Wechselwirkungen zwischen den Blöcken und der Verbrückung der Nanodomänen ergibt. Die Filme werden durch Schleuderbeschichtung aus wässrigen Lösungen mit verschiedenen pH-Werten präpariert. Durch die Aufnahme von Lösungsmittel wird die Mobilität der Endblöcke sowie die Flexibilität der Mittelblöcke variiert, wodurch sich ggfs. Gleichgewicht einstellen kann und die Mischung verschiedener Blöcke ermöglicht wird. Die Strukturen werden, auch in-situ, mit optischer Mikroskopie, Rasterkraftmikroskopie und Röntgenkleinwinkelstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS) untersucht. Bei der Modellierung der GISAXS-Daten fließen neben den Strukturen im Filminnern Beiträge der Oberflächentopographie ein. Ausgewählte Proben werden, auch während der Dampfbehandlung, mit resonanter GISAXS mit weicher Röntgenstrahlung untersucht, um die chemisch verschiedenen Nanodomänen eindeutig zu unterscheiden. Um die Rolle der sequentiellen Ladungsverteilung im Pentablock-Terpolymer zu charakterisieren, werden einzelne Messungen auch an einer Referenzprobe PMMA-b-PDMAEMA-b-PMMA durchgeführt. Die Kombination eines komplexen Polymers, modernen in-situ-Methoden für Strukturuntersuchungen und quantitative Modellierung wird zu neuen Einsichten in das Verhalten von Multiblockpolymeren mit geladenen Blöcken sowie in die Möglichkeiten der Strukturierung dünner Filme führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop mit Dampfzelle
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Theoni K. Georgiou