Nanoporöse Silizium-Elastomer Hybride: Von der flüssigkristallinen Funktionalisierung zu einer einstellbaren Elastizität untersucht mit Laser Ultraschall

• Antragsteller: Professor Dr. Patrick Huber
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529978790

Nanoporosität in Silizium führt zu völlig neuen Funktionen dieses gängigen Halbleiters in zahlreichen Bereichen, die von der Nanofluidik und Biosensorik bis hin zur Arzneimittelversorgung, Energiespeicherung und Photonik reichen. Die schwer zu analysierende Elastizität hat jedoch die mechanische Erforschung und Anwendung dieses Halbleiters bisher stark eingeschränkt. Ziel dieses Projekts ist es, die Anwendungen von nanoporösem Silizium auf den Bereich der Phononik auszudehnen und ein neuartiges hybrides Nano-Materialsystem mit thermisch und elektrisch einstellbaren elastischen Eigenschaften zu entwickeln, das für den industriellen Bedarf skalierbar ist. Der Schlüssel dazu ist die Kombination von nanoporösem Silizium im Wafermaßstab mit Flüssigkristall-Elastomeren, die in den Poren eingeschlossen sind. Um das elastische Verhalten des Hybrids umfassend zu charakterisieren und zu verstehen, wollen wir die unvergleichlichen Einblicke nutzen, die die In-situ-Laser-Ultraschalltechnik und hochentwickelte Berechnungsmethoden bieten. Die Bewertung der Akustik wird die Beobachtung zahlreicher Effekte ermöglichen: den Einfluss der Porenmorphologie und der Orientierung des Porositätsgradienten auf die Wellenausbreitung, die Kompressibilität von flüssigkeitsähnlichen, viskoelastischen Materialien in beschränkten Räumen und die einstellbare Elastizität des Hybrids. Mit ergänzenden, fortschrittlichen Röntgenbeugungsuntersuchungen werden wir die Struktur der Flüssigkristall-Elastomere, die Rolle der Beschränkung und das Phasenverhalten bei verschiedenen Stimuli untersuchen. Letztlich werden uns diese Erkenntnisse eine Optimierung des Materialdesigns und der Synthese ermöglichen, um spezifische temperatur- und anregungsabhängige elastische Eigenschaften zu erzielen, die im Bereich der mikroelektromechanischen Systeme und im aufstrebenden Bereich der Phononik Anwendung finden könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Nicolas Bochud; Dr. Claire Prada