Magnetische Kolloidale Polymere

MAGICOPOLY ist ein Forschungsprojekt über eine neuartige Klasse magnetischer weicher Materialien, die sich selbst aus magnetischen kolloidalen Polymeren (Magnetic Colloidal Polymers, MCPs) zusammensetzen. MCPs sind permanent verknüpfte, quasi-lineare Anordnungen magnetischer Nanopartikel. Diese Strukturen können gezielt in verschiedenen Architekturen (linear, dendritisch und sternförmig) entworfen und hinsichtlich ihres magnetischen Gehalts, ihrer chemischen Eigenschaften sowie ihrer diversen Zusammensetzungsprofile variiert werden. Dadurch ergänzen sie die klassische Vorstellung chemischer Polymere, die heute in unserem Leben allgegenwärtig sind, um eine zusätzliche Komplexität. Die Eigenschaften herkömmlicher Polymere können durch Temperaturänderungen, Lösungsmitteleinfluss, pH-Wert, Licht oder chemische Zusätze "geschaltet" werden. Diese Stimuli verursachen jedoch oft unerwünschte Nebenwirkungen oder Interferenzen. Magnetfelder hingegen wirken primär nur auf die magnetischen Komponenten des Systems. Indem man von chemischen Polymeren zu MCPs übergeht und so die Komplexität herkömmlicher Polymere mit der Möglichkeit kombiniert, Materialeigenschaften "aus der Ferne" mittels Magnetfeldern zu steuern, entstehen Materialien mit außergewöhnlichen und nutzbaren Eigenschaften. MCPs bilden Superstrukturen wie Mizellen, Doppelschichten, Vesikel und poröse Netzwerke. Durch die gezielte Balance zwischen chemischen Faktoren (z.B. Lösungsmitteleigenschaften und Zusammensetzung des Rückgrats) und magnetischen Wechselwirkungen lässt sich kontrollieren, welche Superstrukturen entstehen, Übergänge zwischen diesen induzieren und insbesondere deren Verhalten durch Magnetfelder steuern. Zunächst müssen die statischen Eigenschaften der grundlegenden Bausteine (MCPs) untersucht werden, indem verschiedene Designs getestet und mit den gebildeten Superstrukturen verknüpft werden. Anschließend werden vielversprechende Strukturen, die besonders empfindlich auf Magnetfelder reagieren oder besonders gut steuerbar sind (z.B. durch magnetfeldinduzierte Verformung oder Auflösung), hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften untersucht, um Rheologie und Oberflächenadsorption für technologische Anwendungen zu modifizieren. Schließlich werden diese Erkenntnisse genutzt, um das Potenzial von MCPs als thermo- und magnetoresponsive Oberflächenbeschichtungen sowie für zukünftige passive Kühllösungen aufzuzeigen. All dies wird durch den für MAGICOPOLY entwickelten Technologie-Stack ermöglicht. Wir erstellen computergestützte Werkzeuge, welche die bisherigen Einschränkungen bei der Entwicklung moderner funktionaler Materialien überwinden und erlauben, explizite Magnetodynamik, realistische chemische Eigenschaften sowie hydrodynamische Effekte gleichzeitig zu simulieren und deren komplexes Zusammenspiel zu untersuchen. Mithilfe dieses Toolkits werden generalisierbare Modelle entwickelt, die Laborversuche leiten und Materialien für industrielle Anwendungen optimieren. MAGICOPOLY wird von Dr. Deniz Mostarac mit Unterstützung von Prof. Philip J. Camp (University of Edinburgh) und Prof. Dieter Suess (Universität Wien) geleitet. Diese primär theoretische und computergestützte Studie erstreckt sich auf die experimentelle Umsetzung neuartiger Materialien in industriell relevanten Kontexten in Zusammenarbeit mit Infineum UK Ltd und dem Labor von Assoc. Prof. Jia Min Chin.