Nukleation von phasenseparierenden Flüssigkeiten in elastischen Polymernetzwerken

• Antragstellerin: Dr. Charlotta Lorenz
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523842861

In diesem Projekt möchte ich eine neue Generation von bioinspirierten Materialien entwickeln, die auf einer elastisch kontrollierten Phasenseparation basieren. Die kontrollierte Phasenseparation ist ein Schlüsselmechanismus, der auch von lebenden Systemen genutzt wird, um gut kontrollierte Nanostrukturen zu schaffen. Eines der bekanntesten Beispiele ist strukturelle Farbe, wie sie bei einigen Vogel- und Insektenarten vorkommt. Neben den faszinierenden optischen Eigenschaften können phasentrennende Kompositsysteme auch erstaunliche mechanische Eigenschaften aufweisen: Zum Beispiel können kleine Flüssigkeitseinschlüsse weiche Polymernetzwerke versteifen, obwohl eigentlich ein höherer Flüssigkeitsanteil das Polymernetzwerk weicher machen könnte. Diese mechanischen Eigenschaften sind im Vergleich zu den optischen Eigenschaften weniger untersucht worden. Bislang ist die Flüssig-Flüssig-Phasenseparation in Polymernetzwerken von ihrer Entstehung an nicht vollständig verstanden. Dieses Verständnis wird jedoch wesentlich dazu beitragen, die daraus resultierenden optischen und mechanischen Eigenschaften kontrollierbar zu machen. Mit meinem Projekt möchte ich daher die Nukleation bei der Flüssig-Flüssig-Phasenseparation in Polymernetzwerken verstehen und kontrollieren: 1. Ich werde den Nukleationsprozess und den Einfluss des Polymernetzwerks auf die Nukleation und das Wachstum des nukleierenden Tropfens von der nm- bis zur μm-Skala untersuchen. So dürften beispielsweise Parameter wie die Maschengröße und die Vernetzungsdichte des Netzwerks die Keimbildung von Tröpfchen beeinflussen. Diese Messungen werden eine Energielandschaft der nukleierenden Tröpfchen und Faktoren aufzeigen, die Veränderungen dieser Energielandschaft ermöglichen. 2. Durch Variation der Parameter, die die Nukleation bestimmen, möchte ich die Phasenseparation in Flüssig-Flüssig-Phasenseparationssystemen steuern. 3. Die Variation dieser Parameter wird zu einer Kontrolle der mechanischen Eigenschaften der untersuchten Proben führen. Diese Untersuchungen können zu hochflexiblen, selbstorganisierenden Materialien führen, die vergleichsweise schnell und einfach herzustellen sind. Meine Ergebnisse werden einen Beitrag zum Gebiet der selbstorganisierten Strukturen und der Flüssig-Flüssig-Phasenseparation leisten. Ich werde den Einfluss von Polymernetzwerken auf die Phasenseparationskinetik von Flüssigkeiten untersuchen. Diese Ergebnisse könnten bei der Herstellung von Farben, porösen Materialien und Textilien Anwendung finden. Mein Projekt wird zu neuen funktionellen Materialien führen, die z. B. gleichzeitig weich und reißfest sein können.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Eric R. Dufresne