Computergestützte Modellierung von Abbau- und Regenerationsprozessen selbstheilender Funktionsmaterialien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Stefanie Gräfe
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455748945

Selbstheilende Materialien sind aufgrund ihrer Fähigkeit, strukturelle Schäden zu reparieren und dadurch ihre mechanische Stabilität und Eigenschaften wiederzuerlangen, für viele Anwendungen sehr interessant. Bei selbstheilenden Funktionswerkstoffen sollte neben der strukturellen Reparatur idealerweise auch die Funktionalität wiederhergestellt werden. Das Design solcher Materialien ist sehr anspruchsvoll und kann von computergestützten Studien des Selbstheilungsprozesses und der Funktionalität bis hinunter auf die molekulare Ebene profitieren. In diesem Zusammenhang wird in diesem Projekt ein umfangreiches Instrumentarium an theoretischen und simulativen Methoden eingesetzt, um die Degradation und Wiederherstellung verschiedener selbstheilender Funktionsmaterialien zu verstehen. Die verwendeten Methoden decken unterschiedliche relevante räumliche und zeitliche Skalen ab: Von dynamischen Prozessen und strukturellen Eigenschaften in größerem Maßstab (Molekulardynamik und molekularmechanische Berechnungen) bis hin zur molekularen Ebene (quantenchemische und hybride quantenchemisch-molekularmechanische Berechnungen). Die zu untersuchenden Systeme werden in enger Zusammenarbeit mit den experimentellen Projekten dieser Forschergruppe ausgewählt. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist die Modellierung und Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen, die zur Degradation führen, um so die syntheseorientierten Projekte bei der Ermittlung von Möglichkeiten zur Vermeidung der Degradation oder zur Regenerierung des Materials und der Funktionalität zu unterstützen. Insbesondere werden spektroskopische Messgrößen wie UV/vis-, Raman- oder 2D-Korrelationsspektren simuliert, die bei der experimentellen Untersuchung von Selbstheilungsprozessen verwendet werden. Letztendlich sollen allgemeine Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für funktionelle selbstheilende Materialien aufgedeckt werden, die bei der Weiterentwicklung dieser Materialien hilfreich sein können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5301: Die nächste Generation von funktionalen Selbstheilungsmaterialien - Wiederherstellung von optoelektronischen und Transporteigenschaften in weichen Materialien zur Speicherung und Umwandlung von Energie (FuncHeal)