Kristallisationskontrolle von responsiven Mikrogelartikeln durch zyklische Stimuli

• Antragsteller: Professor Dr. Hartmut Löwen; Professor Dr. Nicolas Vogel
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536978926

Mikrogelpartikel, die ihr Volumen und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften durch äußere Stimuli wie Temperatur oder Licht verändern können, sind hervorragende, kontrollierbare Modellsysteme für die kolloidale Kristallisation. Wenn sie an einer Flüssigkeitsgrenzfläche adsorbiert sind, stellen solche Partikel zweidimensionale, stark wechselwirkende klassische Vielteilchensysteme dar, die grundlegende Untersuchungen von Selbstorganisationsphänomenen ermöglichen. Ziel des Projekts ist es, den Kristallisationsprozess und die Defektdynamik durch zyklische, d.h. zeitperiodische Stimuli zu kontrollieren. Die Grundhypothese ist, dass durch die Verwendung optimierter zyklischer Stimuli Defekte schneller ausgeheilt werden können, um Anordnungen mit langreichweitiger Ordnung und minimaler Defektkonzentration zu erzeugen. In der ersten Förderperiode wurde diese Hypothese durch die akustische Kristallisation solcher Partikel an der Luft/Wasser-Grenzfläche bestätigt. Diese zyklische Stimulation, bei der die verfügbare Grenzfläche periodisch vergrößert wurde, erwies sich als sehr wirksam zum Ausheilen von Defekten und Korngrenzen. Als Resultat wurde die Gesamtordnung im System erheblich verbessert. Des Weiteren wurden fundamentale Erkenntnisse zum Phasenverhalten von Mikrogelen und binären Mischungen an flüssigen Grenzflächen erhalten. In der zweiten Förderperiode sollen die Erkenntnisse der ersten Förderphase in drei Richtungen weiterentwickelt werden. i) Verständnis der Rolle von Kapillarkräften während des Trocknungsprozesses in der Strukturbildung, ii) Partikel auf gekrümmten Mannigfaltigkeiten wie sphärischen Oberflächen in Pickering-Emulsionen, iii) Entwicklung neuartiger Strukturen durch bi- und multinären Mischungen von Partikeldispersionen. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir unsere erfolgreiche Zusammenarbeit fortsetzen, indem wir Experimente und Theorie in komplementärer Weise einsetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Matthias Karg
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Liesbeth Janssen