Detailseite
Projekt
Mechanische Eigenschaften von multifunktionalen magnetischen Mikrogelpartikeln
Antragstellerin
Professorin Dr. Regine von Klitzing
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Polymermaterialien
Polymermaterialien
Förderung
Förderung von 2013 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238045556
Das Projekt zielt auf ein besseres Verständnis der magnetisch-mechanischen Eigenschaften von multifunktionalen Hybrid Mikrogelpartikeln ab. Der Durchmesser der polymeren Mirogele kann zwischen 300 nm und 2 Mikrometern gezielt eingestellt werden. Die Gele enthalten magnetische Nanopartikel mit einem Durchmesser von bis zu 20 nm, die von anderen Gruppen im SPP bereitgestellt werden (Schmidt, Behrens). Die Poly(N-isopropyl-acrylamid) (PNIPAM)-basierten Gele sind thermosensitiv und nach Zugabe entsprechender Monomere zusätzlich noch pH-sensitiv. Um die Deformation der Gele und deren mechanische Eigenschaften im Magnetfeld steuern zu können, muss die Ankopplung der MNP an die Polymermatrix kontrolliert werden. Dafür wird zum einen die Maschenweite über die Zugabe des Quervernetzers der MNP-Größe angepasst. Zum anderen wird die direkte Anbindung an die Polymermatrix (Elektrostatik, Wasserstoffbrückenbindung) über den Einbau von Comonomeren in die Polymermatrix gesteuert. Später soll auch eine kovalente Anbindung erfolgen. Für die Einbettung der MNP sollen verschiedene Methoden zum Tragen kommen, teilweise auch direkt im homogenen Magnetfeld. Die Deformation der magnetischen Gelpartikel im Magnetfeld soll mit Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS) untersucht werden (Prevost, Gradzielski). Ein weiterer Aspekt des Projektes betrifft den Einfluss von geometrischer Einschränkung auf die magneto-mechanischen Eigenschaften der Gele. Dafür werden die Hybrid-Gelpartikel auf eine planare Unterlage (Wafer) abgeschieden. Zusätzlich dient diese Konfiguration auch der Untersuchung der aktuatorischen Eigenschaften. Im Projekt soll eine magnetische Umgebung für ein AFM entwickelt werden, die es ermöglicht, Deformation und viskoelastische Eigenschaften in-situ im Magnetfeld zu untersuchen. Ein senkrecht zur Oberfläche orientiertes Gradientenfeld und ein paralleles homogenes Magnetfeld sollen letztendlich zur Verfügung stehen. Ein besseres Verständnis der magneto-mechanischen Eigenschaften soll der Entwicklung neuartiger Materialien z.B. für Aktuatoren dienen. Dafür ist es notwendig die Materialeigenschaften über mehrere Langenskalen hinweg zu verstehen und kontrollieren zu können. Unter diesem Gesichtspunkt sollen die Ergebnisse zu den Mikrogelen mit denjenigen anderer Gruppen zu Makrogelen (Schmidt) verglichen werden. Ein Vergleich mit den Ergebnissen der Simulationen (Holm) und der DDFT-Rechnungen (Löwen) soll vorgenommen werden. Die von uns hergestellten Hydrogelmikropartikel werden anderen Gruppe im SPP als weiche responsive Matrix zur Verfügung gestellt (Richter, Odenbach, Auernhammer, Hütten). Die Gele werden entsprechend den jeweiligen Ansprüchen angepasst. In der ersten Periode wird der äußere Stimulus durch das Magnetfeld vorgegeben. Längerfristig sollen auch die anderen Funktionen der PNIPAM-Gelpartikel wie Temperatur- und pH-Wert-Sensitivität zum Tragen kommen, um die Anbindung der MNP an die Polymermatrix schalten zu können.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
