Quantifizierung des Einflusses von Grenzflächenenergien auf die grenzflächeninduzierte Kristallisation in Polymeren

• Antragsteller: Dr.-Ing. Oleksandr Dolynchuk
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513509216

Die Kristallisation von Polymeren beginnt meistens an Grenzflächen zu festen Fremdoberflächen wie Substraten, Behälterwänden oder kleinen Partikeln wie Verunreinigungen oder Keimbildnern. Eine rational ausgewählte feste Oberfläche kann zu einer beschleunigten Kristallisationskinetik und einem gerichteten Wachsen des Materials führen und ermöglicht daher die Kontrolle vieler physikalischer Eigenschaften von Polymeren. Die grenzflächeninduzierte Kristallisation ist besonders wichtig für Filme aus halbleitenden Polymeren, da Kristallmorphologie und -orientierung die elektronischen Eigenschaften des Materials erheblich beeinflussen. Nach bestehenden Theorien spielen die Grenzflächenenergien zwischen der Festkörperoberfläche, der Polymerschmelze und dem Polymerkristall eine entscheidende Rolle bei der grenzflächeninduzierten Kristallisation und bestimmen somit die resultierende Kristallmorphologie. Aufbauend auf jüngst erzielten Fortschritten bei der Untersuchung der grenzflächeninduzierten Kristallisation in Filmen von Modell- und Funktionspolymeren, ist es das Ziel dieses Projekts, einen quantitativen Zusammenhang zwischen den relevanten Parametern der grenzflächeninduzierten Kristallisation und den Grenzflächenenergien in dünnen Polymerfilmen auf verschiedenen Substraten herauszuarbeiten. Zu diesem Zweck werden wir oberflächensensitive Röntgenstreuung und verschiedene mikroskopische Techniken mit Kontaktwinkelmessungen kombinieren. Die Untersuchung wird für eine Reihe von Polymer-Substrat-Modellsystemen und für funktionale halbleitende Polymere – Polythiophene – durchgeführt. Die Copolymerisation von Alkyl-substituierten Thiophen-Monomeren, die chemisch unterschiedliche Endgruppen an Seitenketten tragen, wird die allmähliche Variation der Grenzflächenenergien ermöglichen, wodurch die allmählichen Änderungen in der grenzflächeninduzierten Kristallisation zugänglich werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Michael Sommer