Optische Mikro-Spektroskopie zur Untersuchung von Struktur und elektronischen Eigenschaften selbstheilender Materialien für Energiewandlung und -speicherung

• Antragsteller: Professor Dr. Benjamin Dietzek-Ivansic; Professor Dr. Jürgen Popp
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455748945

Das Projekt wird die molekularen Mechanismen in selbstheilenden Materialien für die Energieumwandlung und -speicherung mit Hilfe eines auf multimodaler frequenz- und zeitaufgelöster optischer Spektroskopie basierenden Ansatzes charakterisieren. So sollen Einblicke in Alterungs- und Schadensprozesse aber auch in die Heilung von funktionellen selbstheilenden Materialien erhalten werden. Dabei soll ein detailliertes Verständnis der molekularen Prozesse gewonnen werden, die während des Heilungsprozesses in solchen Materialien ablaufen. Das Projekt verfolgt hierbei drei Schwerpunkte: (i) Untersuchung der molekularen Strukturveränderungen während des Abbaus und der Selbstheilung mittels in-situ-Schwingungsspektroskopie und Schwingungs-Spektroelektrochemie in Kombination mit 2D-Korrelationsanalyse, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen im Hinblick auf die zugrundeliegende reversible Selbstheilungschemie abzuleiten; (ii) Untersuchung des Transports und der chemischen Reaktivität, um eine molekulare Sicht auf die Diffusions- und damit Selbstheilungsprozesse der im Rahmen von FuncHeal untersuchten selbstheilenden Funktionsmaterialien mittels einer Kombination von mikrospektroskopischen Ansätzen basierend auf Fluoreszenz- und nichtlinearer Raman-Mikroskopie zu erhalten. Hier wird die molekulare Sicht mit makroskopischen Heilungsstudien korreliert, um die molekularen Komponenten innerhalb der Materialien zu optimieren, um die gewünschten makroskopischen Eigenschaften zu erreichen. (iii) Charakterisierung von Prozessen in elektronisch angeregten Zuständen in beschädigten und geheilten Materialien für die Energieumwandlung, um den lichtinduzierten funktionsbestimmenden Prozess in selbstheilenden Materialien für Polymersolarzellen zu validieren. Zudem sollen die spektroskopischen Signaturen elektronischer angeregter Zustände zur Etablierung von Heilungsmetriken genutzt werden.

• 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)