Ordnung und helikale Strukturen von Nanoteilchen in Blockcopolymeren

• Antragsteller: Professor Dr. Jens-Uwe Sommer; Professor Dr. Manfred Stamm
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259030848

Ziel des Projektes ist die Herstellung und das bessere Verständnis komplexer Überstrukturen, die in überraschender Weise bei der gezielten Ordnung von Nanopartikeln (NP) in Block-Copolymer(BCP)-Templaten beobachtet wurden. Bei der Einmischung reichern sich funktionalisierte Nanopartikel in einer der BCP-Phasen an, und unter der Einschränkung gegeben durch die Struktur des BCP-Templats können sich Nanopartikel durch Selbstorganisation in einer wohldefinierten komplexen Überstruktur anordnen, wobei helikale Nanostrukturen mit optisch aktiven Nanopartikeln von speziellem Interesse sind. Es ist insofern geplant, diese Strukturbildung näher zu untersuchen. Dazu werden metallische Nanopartikel (Au, Ag etc.) mit angebundenen Polymerschichten funktionalisiert und dann mit geeigneten BCPs gemischt. Aufgrund der Oberflächen-Funktionalisierung sollten die NP sich selektiv in der Phase anreichern, die mit dem aufgebrachten Polymeren verträglich ist. Unsere bisherigen Experimente zeigen deutlich, dass in der Einschränkung gegeben durch die BCP-Überstruktur die NP sich selbstständig in einer helikalen Struktur anordnen können. Es ist jedoch nicht klar, welche Mechanismen und Parameter zu einer Helix-Bildung oder zu anderen Überstrukturen führen bzw. diese bestimmen. Als Parameter sollen systematisch untersucht werden die BCP-Periodizität, Asymmetrie und Morphologie, relative NP-Größe in Bezug auf BCP-Strukturgröße und NP-Oberflächen-Eigenschaften als auch mögliche Lösungsmittel-Effekte. Computer-Simulationen sollen in diesem Multi-Parameter-Raum helfen, interessante Überstrukturen und ein Verständnis der wesentlichen Prozesse zu finden. Insbesondere der Einfluss stark selektiver Lösungsmittel und die Phasenseparation der BCP mit NP soll näher betrachtet werden. Aus der Kombination von Simulation und Experiment erwarten wir ein Verständnis der Bildung der komplexen Strukturen. Interessant erscheint uns die Möglichkeit der gezielten Veränderung der Periodizitäten und Strukturen durch selektives Quellen der BCP-Phasen mit Lösungsmittel, wenn eine Phase vernetzt wurde. Durch Verwendung selektiver Lösungsmittel lassen sich weiterhin isolierte Nanoobjekte separieren und z.B. isolierte Nanofibrillen mit helikal angeordneten NP erhalten. Es könnten dadurch optisch aktive Nanoobjekte erzeugt werden, die als interessante Bauelemente für die Photonik eingesetzt werden könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen