Verständnis der Rolle der Dispersionswechselwirkungen in den mechanischen Eigenschaften von Molekülkristallen

• Antragsteller: Professor Dr. Alexandre Tkatchenko
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271390424

Molekulare Materialien sind wegen ihrer zahlreichen Anwendungen in Pharmazeutik, Lebensmittelwissenschaft, Elektronik, Messtechnik und Katalyse von großer Bedeutung für grundsätzliche und angewandte Fragestellungen in Wissenschaft und Industrie. Die mechanischen Eigenschaften von molekularen Kristallstrukturen formen ein Gebiet, welches in den letzten Jahren besondere experimentelle Aufmerksamkeit erhalten hat. Ein besseres Verständnis und die Fähigkeit Vorhersagen zum mechanischen Verhalten der Kristalle zu treffen, hätte weitreichende Konsequenzen für die pharmazeutische Industrie (Rezeptur von Medikamenten in Tabletten), für die organische Elektronik (Wechselwirkung zwischen Leitfähigkeit und Mechanik) und für energetische Materialien. Obwohl viele Anwendungen und Phänomene dieser Art bereits vorgeschlagen bzw. beobachtet wurden, können sie noch nicht hinlänglich erklärt werden, da es noch keine etablierte Struktur-Eigenschafts-Beziehung für molekulare Kristallstrukturen gibt.Das primäre Ziel des Projektes ist, ein tieferes, auf ab initio-Methoden beruhendes, Verständnis für die mechanischen Eigenschaften von molekularen Kristallstrukturen zu gewinnen, mit besonderem Fokus auf das Verständnis der Rolle von van-der-Waals-Dispersionswechselwirkungen auf diese Eigenschaften. Der erste Schritt auf dem Weg dorthin ist die Untersuchung der elastischen Eigenschaften für eine Reihe von Modellsystemen, für die verlässliche experimentelle Daten vorliegen. Der Vergleich dieser Daten mit numerisch berechneten Vorhersagen, für die verschiedene Näherungsniveaus des theoretischen Modells verwendet werden, wird es uns ermöglichen zu verstehen, welcher Ansatz für die Modellierung komplexerer Systeme notwendig ist. Die zweite Phase dieses Projektes wird sich verstärkt auf zwei Schlüsselgebiete der Anwendung von "Mechanochemie" konzentrieren: Pharmazeutika und flexible Materialien.Dieses Projekt wird sowohl zum theoretischen als auch praktischen Verständnis von mechanischen Eigenschaften beitragen. Zunächst werden wir die Näherungen für die theoretische Beschreibung ermitteln, welche nötig sind, um die Reaktion von molekularen Kristallstrukturen auf externe Störungen zu untersuchen. Als zweites werden die Systeme, für die aktuell großes Interesse besteht, untersucht, um gegebenenfalls neue Richtungen im Design und der Entwicklung von neuartigen Pharmazeutika und flexiblen Materialien aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1807: Control of London Dispersion Interactions in Molecular Chemistry