Micropatterned materials design with metal oxide based tubular nanocomposites fabricated by biotemplating of cellulose nanocrystalline architectures

• Applicants: Professor Dr. Robin Klupp Taylor; Professor Dr. Cordt Zollfrank
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 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 Programme: Research Grants
• Major Instrumentation: Mikrokontaktdrucker
• Instrumentation Group: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung