Polymer Mechanochemie mit Mechanochromie durch kraftmodulierte angeregte Zustände

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Göstl; Professor Dr. Alexander Kühne
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Analytische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 527252926

Die mechanische Verformung eines Polymermaterials beginnt in der Regel mit einer makroskopischen Krafteinwirkung und führt zu kovalenten und nicht-kovalenten Konformations-, Konfigurations- und Konstitutions-Bindungsumlagerungen auf molekularer Ebene. Der gesamte Verformungsprozess erstreckt sich somit über eine Längenskala von etwa sieben bis zehn Größenordnungen, was dessen Analyse und Verständnis zu einer konzeptionellen und instrumentellen Herausforderung macht. Ein umfassender Einblick in die mechanischen Eigenschaften eines Polymermaterials erfordert geeignete Analysewerkzeuge und -techniken, die es ermöglichen, mechanische Informationen auf diesen Skalen zu erfassen und abzubilden. In der Mechanochemie von Polymeren kann die kraftinduzierte Aktivierung eines latenten molekularen Motivs so zugeschnitten werden, dass sie eine nachweisbare Änderung der optischen Eigenschaften bewirkt, wodurch das Motiv zu einer optischen Kraftsonde (OFP) wird. Es besteht ein dringender Bedarf an neuen OFPs mit genau zugeschnittenen optischen Reaktionen, um grundlegende Begrenzungen wie optische Orthogonalität und Komplementarität zu überwinden. So ist beispielsweise die weitere Verschiebung der Anregungs- und Emissionswellenlängen in den roten und IR-Bereich eine Herausforderung. Darüber hinaus ist ein rationaler Ansatz für fluoreszenzlebensdauerbasierte OFPs unbekannt. Generell ist die grundlegende Frage, wie die Kraft angeregte Zustände in OFPs im Zusammenhang mit der Polymer Mechanochemie beeinflusst, noch unbeantwortet, was jedoch eine Voraussetzung für zukünftige rationale OFP-Entwicklungen sein wird. Ziel dieses Projekts ist es, spektral modulierte Annihilatoren und Sensibilisatoren für die Triplett-Triplett-Annihilierung-Photonen-Hochkonversion (TTA UC) sowie Hot-Exciplex-Emitter für Lebensdauermodifikationen zu entwickeln, die auf die kraftinduzierte Veränderung der Energieniveaus von Triplett- und Ladungstransfer (CT)-angeregten Zuständen reagieren. Erstens wird dies die verfügbaren Annihilatoren und Sensibilisatoren für kraftinduzierte TTA UC und lokal angeregte (LE) zu CT verschobene Emissionen modularisieren. Zweitens wird die noch nie dagewesene mechanochemische Aktivierung von Triplett-Sensibilisatoren und CT-Exciplexen zu LE-Brückenemittern demonstriert. Die Kombination dieser einzelnen kraftaktivierten, photophysikalisch aktiven Einheiten in Polymermaterialien wird es ermöglichen, den Bruch in komplexen, uneinheitlichen Umgebungen zu verstehen. Insbesondere die spektralen Eigenschaften von TTA UC werden die Durchführung einer konjunktiven Bruchanalyse ermöglichen, die mit normalen OFPs nur schwer zu erreichen wäre. Gleichzeitig wird die Lebensdaueranalyse den Einsatz der nicht-intensitätsbasierten Mikroskopie (FLIM) ermöglichen und zusätzliche Einblicke in die lokale Mikroumgebung der Bruchzone bieten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen