Heterogen geladene Kolloiden für Material Entwicklung

Wegen des breiten Spektrums an technologischen Anwendungen sind Materialien mit spezifischen Symmetrien im Mikro- und Nanobereich sehr gefragt: Dreidimensionale periodische Strukturen sind für ihre speziellen elektronischen oder optischen Eigenschaften bekannt. Geordnete Mono- oder Bilayer sind von höchster Relevanz, beispielsweise für Antireflektionsbeschichtungen, Biosensoren und Photovoltaik-Geräte. Ungeordnete responsive Architekturen können für biomedizinische Zwecke genutzt werden, bei denen es um Selbstheilungsfähigkeit und die Kontrolle über die Konnektivität geht. Wissenschaftler stehen deshalb vor der Herausforderung, feste, effiziente und möglichst billige Produktionsmethoden für Zielstrukturen mit präzisem Aufbau und definierten physikalischen Eigenschaften zu entwickeln. Heutzutage basieren die die meisten Herstellungsmethoden auf der Selbstorganisation sorgfältig gewählter/synthetisierter Basiseinheiten, anstatt sich auf extern kontrollierte Systeme zu verlassen. Self-Assembly die spontane Organisation mikroskopischer Einheiten in mesoskopische Strukturen ist ein grundlegender Mechanismus der im atomaren/molekularen Maßstab natürlich vorkommt und heutzutage in den Materialwissenschaften im kolloidalen Maßstab verwertet wird. An die Bausteine übermittelte Informationen sollten die spontane Organisation solcher Einheiten in hierarchische Strukturen und letztendlich in das gewünschte Material regeln. Die makroskopische Entsprechung wäre der Bau eines Turms, einer Burg oder einer Brücke nur durch Auswahl der passenden Steine, die sich anschließend selbst in der gewünschten Struktur anordnen. Der jüngste und erfolgreichste Weg, funktionales Material zur Selbstorganisation zu bringen, beruht auf anisotropen, effektiven Interaktionen zwischen passend synthetisierten Kolloiden. Während der letzten Dekade haben sich die Untersuchungen auf Möglichkeiten fokussiert, rationales Materialdesign durch komplexe kolloidale Partikel, welche sich durch nicht- sphärische Formen und/oder chemische/physikalische Oberflächenmuster auszeichnen, zu erzielen. Unser Projekt stützt sich auf eine neue Klasse anisotrop interagierender Kolloide Partikel mit unterschiedlich geladenen Oberflächenregionen. Unser Ziel ist die Entwicklung einer neuen Strategie, die Selbstorganisation von sich im Gleichgewicht befindenden Massenstrukturen, die letztendlich auf externe Stimuli reagieren, in zuverlässiger und reversibler Weise zu steuern. Wir wollen geordnete Massenstrukturen mit nicht dicht gepackter Architektur spezifisch planen. In dieser Hinsicht müssen wir einerseits das minimale Partikeldesign in Angriff nehmen, welches sowohl die experimentelle Partikelsynthese als auch die Kompatibilität der Basiseinheiten mit den gewünschten Strukturen garantiert. Andererseits müssen wir die Bedingungen herausfinden, welche die spontane Selbstorganisation dieser Einheiten in die Zielstruktur begünstigen. Zusätzlich wollen wir die Eigenschaften der resultierenden Bulkmaterialien durch experimentell zugängliche Parameter hinsichtlich möglicher technologischer Anwendungen (z.B. Datenspeicher, Filter, Katalysatoren mit großer Oberfläche, Gleitmittel und Fotokonduktoren) feinabstimmen.