Festkörper-NMR-Spektrometer (500-600 MHz)

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564167816

Zur Untersuchung der Struktur und Dynamik von kondensierter Materie, insbesondere von ungeordneten Systemen, beantragen wir ein Festkörper-NMR-Spektrometer (500-600 MHz). Haupteinsatzgebiet ist die Charakterisierung der komplexen Struktur-Dynamik-Beziehungen in kondensierter Materie mit räumlich heterogenen Eigenschaften auf der Nanometerskala, nicht zuletzt in nanostrukturierten Systemen. Dabei reicht das Spektrum der Materialien von Flüssigkeiten an biomimetischen oder technologischen Grenzflächen über verschiedene Systemklassen der weichen Materie bis hin zu strukturell heterogenen Festköperelektrolyten, u.a. Lithiumionenleitern. Für ein Verständnis der Eigenschaften solch komplexer Systeme ist es erforderlich, ihre Struktur und Dynamik über große Bereiche von Längen- und Zeitskalen im Detail zu untersuchen. Moderne Methoden der Festkörper-NMR-Spektroskopie sind hierfür erwiesenermaßen hervorragend geeignet. Beispielsweise ist es in verschiedensten Doppelresonanz-NMR-Experimenten unter schneller Probenrotation mittels spektraler Auflösung nicht nur möglich, die Eigenschaften einzelner Struktureinheiten selektiv zu analysieren, sondern auch Korrelationen zwischen diesen Struktureinheiten zu quantifizieren. Mit Hilfe des beantragten Festkörper-NMR-Spektrometers soll ausgenutzt werden, dass derartige Analysen insbesondere bei Studien an Systemen mit heterogener Struktur und Dynamik sehr wertvolle Einsichten liefern, da die Auswertungen durch die sich überlagernden Beiträge der Komponenten ansonsten stark behindert werden. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Fragestellung, wie in derartigen Systemen der für viele Anwendungen relevante langreichweitige molekulare Transport aus komplexen Beziehungen zwischen lokaler Struktur und Dynamik und bei Anwesenheit von Konzentrations- und Mobilitätsgradienten sowie dynamischen Kopplungen zwischen den Komponenten hervorgeht. Am Fachbereich Physik der TU Darmstadt hat sich in den vergangenen Jahren aufgrund von Neubesetzungen und Drittmittelprojekten ein Neu- und Mehrbedarf an NMR-Untersuchungen von strukturell heterogenen flüssigen, weichen und festen Systemen ergeben, der mit der an der Universität vorhandenen Ausstattung nicht gedeckt werden kann. Das beantragte Festkörper-NMR-Spektrometer ist ideal geeignet, diese Lücke zu schließen. Es soll in einem bestehenden NMR-Labor der Arbeitsgruppe Vogel am Fachbereich Physik aufgestellt werden und in das Instrumentarium des NMR-Zentrums Darmstadt integriert werden. Am Fachbereich Physik ist eine Reihe selbstgebauter hochspezifischer NMR-Apparaturen, v.a. Relaxometer und Diffusometer, vorhanden, es sind aber derzeit keine Doppelresonanz-Experimente unter schneller Probenrotation zur spektral aufgelösten Analyse von Struktur und Dynamik möglich. Universitätsweit ergänzt das beantragte Gerät mit seinem Einsatzgebiet weiche Materie die vorhandenen Charakterisierungsmöglichkeiten optimal an der Schnittstelle zwischen Flüssigkeits-NMR und Festkörper-NMR.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Festkörper-NMR-Spektrometer (500-600 MHz)
• Gerätegruppe: 1741 Festkörper-NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Leiter: Professor Dr. Michael Vogel