Mikrostrukturierung von metalloxid-basierten tubulären Nanokompositen hergestellt durch Biotemplating von nanokristallinen supramolekularen Architekturen aus Cellulose

• Antragsteller: Professor Dr. Robin Klupp Taylor; Professor Dr. Cordt Zollfrank
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194783421

In diesem Projekt soll ein vielseitiger Ansatz für das Design und die Herstellung hierarchischer Materialien durch „Biotemplating“ von Metallen und metallischen Oxiden entwickelt und angewandt werden. Das Ziel ist es, die Vorteile von mikrostrukturierten Filmen aus biologischen Templat-Metall/ Metalloxid Nanodrähten herauszuarbeiten und zu verstehen. Diese sollen durch eine neue modifizierte Technologie über die Softlithographie hergestellt werden, die eine durch Selbstassemblierung getriebene Grenzflächeninteraktion nutzt. Unsere Arbeit wird exemplarisch an einem Au/ Kobaltoxid (Co3O4) Nanodrahtsystem durchgeführt. Dieses wurde aufgrund des kürzlich wachsenden Interesses an diesem Material als Energiespeicherkomponente ausgewählt. Wir erwarten, dass die zusätzliche hierarchische Strukturierung des Materials, die durch den multiskaligen Aufbau ermöglicht wird, in einer weiteren Optimierung der Eigenschaften resultiert. Das vorgeschlagene Forschungsprogramm beinhaltet drei Unterprojekte: 1) Herstellung von Komposit Metall/Metalloxid Nanodrähten, wobei Cellulose-Nanokristalle als Biotemplat verwendet werden; der Nanobeschichtungsprozess wird dabei nach jedem Stadium überprüft, um die Skalierbarkeit und die funktionellen Eigenschaften des resultierenden Materials zu verbessern. 2) Herstellung von Elektrodenanordnungen durch eine Kombination von Microcontact-Printing (μCP) und UV- oder temperaturinduzierter Nanoprägelithographie (NIL). Zusätzlich werden die Selbstorganisationsfähigkeiten der erhaltenen Nanodrahtmaterialien untersucht. Zu diesem Zweck werden die Nanodrähte in einen mikrostrukturierten Polydimethylsiloxanstempel während des NIL-Prozesses injiziert. Nach anschließender Aushärtung der Matrix wird die Orientierung und Anordnung der Nanodrähte auswertet. 3) Untersuchung und Bewertung der strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Elektrodenanordnung umfasst begleitende elektrochemische Tests. Zusammenfassend sind unsere vorgeschlagene Nanokomposit- und Elektrodenherstellungstechnik in hohem Maße innovativ, da verschiedene Strukturierungstechniken auf verschiedenen Skalen eingesetzt werden. Aus diesem Grund erwarten wir, dass die entwickelten Strategien und Materialien einen entscheidenden Beitrag zu fortschrittlichen Elektrodenanordnungen (wie z.B. Li-Ionenbatterieelektroden) zusätzlich zu anderen funktionellen Dünnfilmtechnologien liefern werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Mikrokontaktdrucker
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung