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Projekt
Tiefenaufgelöste Analysen der Wasserpenetration während der dynamischen Benetzung in Gradienten von solvatochromen Farbstoffen in Polymerbürsten durch zeitaufgelöste Fluoreszenz
Antragsteller
Professor Dr. Heiko Ihmels; Professor Dr. Holger Schönherr
Fachliche Zuordnung
Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505838607
Die vertiefte Kenntnis von dynamischen Be- und Entnetzungsprozessen an Oberflächen ist von grundlegender Bedeutung in der Chemie, Physik, Biologie und den Ingenieurwissenschaften, insbesondere für die Optimierung, Entwicklung und Anwendung von innovativen Materialien. Trotz des Fortschritts durch anspruchsvolle experimentelle und theoretische Ansätze beruhen jedoch selbst fortgeschrittene Modelle der dynamischen Benetzung mangels notwendiger experimenteller Daten vielfach auf vereinfachenden Annahmen. Insbesondere sind die maßgeblichen Parameter, wie Erweichung, Quellung oder strukturelle Reorientierung mit ausreichender zeitlicher Auflösung und lokaler Tiefenauflösung noch nicht angemessen untersucht. Daher schlagen wir einen Ansatz für die fluorimetrische Analyse von Benetzungsprozessen an farbstoffmarkierten Polymeren mit genau lokalisierten maßgeschneiderten Fluorophoren vor. Das Projekt zielt auf komplementäre und signifikant erweiterte Daten ab, die für die weitere Entwicklung und Verfeinerung der Modelle zur dynamischen Benetzung von adaptiven Oberflächen genutzt werden können.Die Strategie basiert auf Polymerbürsten mit kontrollierter Schichtdicke und Pfropfdichte, in denen eine kontrollierte eindimensionale Quellung durch Lösungsmittel und/oder Temperatur verursacht werden kann. Als weiteres Schlüsselelement tragen diese Materialien fluorosolvatochrome Sonden in definierter Tiefe und an den Grenzflächen zum Trägermaterial und zum benetzenden Solvens. Dazu werden optimal eingestellte Farbstoffe entwickelt, deren Emissionsenergie, -lebenszeit und -quantenausbeute sich wesentlich bei einer Änderung der mikroskopischen Umgebung wandeln, so dass damit die physikalisch-chemischen Veränderungen des Polymers während des Benetzungsprozesses statisch und dynamisch bestimmt werden können. Als wichtigstes Strukturelement enthalten die Polymerbürsten einen Farbstoff-Gradienten, bei dem entlang der x-Achse die Tiefe der Farbstoffsonden in der Polymerschicht linear variiert.Dieser Ansatz vereinfacht die fluorimetrische Aufklärung der Prozesse und sollte eine Tiefenauflösung von bis zu <10 nm Genauigkeit mit räumlich auflösender Mikroskopie erlauben. Eine konfokalmikroskopische Analyse der Emissionsenergie und der Lebenszeiten soll die Dynamik der Diffusion der Flüssigkeit in die Polymerschicht sowie die dadurch ausgelöste Polmerkettenrelaxation abbilden. Damit stellen derartige, gezielt farbstoffmarkierte Polymere neue Materialien dar, die die fluorimetrische Analyse dynamischer Benetzungsprozesse erlauben und darüber hinaus komplementäre Datensätze für kritische Tests und Verfeinerungen von bestehenden theoretischen Modellen liefern; z.B. durch die Verknüpfung der internen Dynamik und Relaxation des adaptiven Polymers, die in diesem Projekt mit hoher lokaler Auflösung bestimmt werden, mit physikalischen Größen, wie beispielsweise Kontaktwinkel, Laufgeschwindigkeit, Tropfendimensionen, die aus Gleitgeschwindigkeiten erhalten werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
