GRK 2948:  Gemischter Ionen-Elektronentransport: Von den Grundlagen zur Anwendung

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung seit 2023
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508754442

Im Rahmen dieses Graduiertenkollegs (GRK) sollen die grundlegenden Prozesse des gemischten Ionen-Elektronentransports in verschiedenen organischen, hybriden und Nanomaterialien (in-situ) untersucht und modelliert, sowie neue gemischt leitfähige Materialien synthetisiert, modifiziert und schließlich in Bauelementen angewendet werden. Materialien mit gemischtem Ionen-Elektronentransport wurden kürzlich "wiederentdeckt", optimiert und in verschiedenen Bereichen der Bioelektronik, in chemischen/biologischen Sensoren, in der Optoelektronik, in neuromorphen Schaltungen und weichen Aktoren sowie in der Energiespeicherung eingesetzt. Die Eigenschaften dieser Materialien und Bauelemente werden durch den gleichzeitigen Transport und die Wechselwirkung von Ionen und elektrischen Ladungsträgern maßgeblich bestimmt. Diese Prozesse und ihr Einfluss auf die Materialeigenschaften (z.B. mechanische, optische) müssen jeweils untersucht und optimiert werden. Dafür sind Kenntnisse aus verschiedenen Bereichen wie den Materialwissenschaften, der Physikalischen Chemie, Festkörperphysik, Elektronik, Maschinenbau und den Biowissenschaften notwendig. Die Forschungsthemen des GRKs umfassen drei Schwerpunkte I) Neue Materialien und Modifikation hin zu neuen Strukturen und Funktionalitäten; II) Transporteigenschaften und Spektroskopie hin zu zeitlich und räumlich aufgelöster in-situ und operando Charakterisierung; III) Modellierung und Simulation hin zu Multiskalenmodellen für den gemischten Ionen-Elektronentransport. Mit diesen übergreifenden Zielen bringt das GRK Arbeitsgruppen und Doktorand:innen der Universität Heidelberg und der Universität Stuttgart, sowie der Natur- und Ingenieurwissenschaften zusammen, um gemeinsam neue Materialien und Strukturprinzipien (z.B. 3D-gedruckte Polymere, Hydrogel- und Nanokomposite, hybride Perowskite) für elektrochemische Transistoren, ionenselektive Sensoren, redox-aktive Elektroden und weiche Aktoren zu entwickeln. Der gekoppelte Transport von Ionen und elektrischen Ladungsträgern soll durch in-situ und zeitaufgelöste Spektroskopiemethoden untersucht sowie dessen Einfluss auf mechanische Eigenschaften durch rheologische Messungen bestimmt werden. Kombinierte Molekulardynamik-, Monte-Carlo- und Kontinuumsansätze zur Modellierung der Prozesse und Eigenschaften sollen ein besseres Verständnis ermöglichen. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen allen Forschungsgruppen werden die am GRK beteiligten Doktorand:innen mit verschiedenen experimentellen Techniken und theoretischen Methoden vertraut gemacht. Das begleitende Qualifizierungsprogramm soll Doktorand:innen aus unterschiedlichen Fachrichtungen die notwendigen Voraussetzungen, Vokabeln und Werkzeuge vermitteln, um über Fachgrenzen hinweg mit internationalen Arbeitsgruppen und mit der Öffentlichkeit zu kommunizieren. Ziel ist eine gelebte MINT-Gemeinschaft, die jungen Wissenschaftler:innen optimale Bedingungen für ihre zukünftigen Karrieren bietet.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Mitantragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Sprecherin: Professorin Dr. Jana Zaumseil
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professorin Eva Blasco, Ph.D.; Professor Dr. Felix Deschler; Professor Dr. Martijn Kemerink; Professor Dr. Rüdiger Klingeler; Professorin Dr. Sabine Ludwigs; Professor Dr. Michael Mastalerz; Dr. Alexander Schlaich; Professorin Dr. Christine Selhuber-Unkel; Professor Dr.-Ing. Holger Steeb