Dünne Filme aus pH und thermoresponsiven Triblockcopolymeren: von der Netzwerkdynamik zum defektfreien Film

• Antragstellerin: Professorin Dr. Christine M. Papadakis
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323407593

Das geplante Forschungsvorhaben untersucht die Selbstorganisation und Dynamik von Triblockcopolymeren, die thermoresponsive Endblöcke und einen pH-responsiven Mittelblock haben. Die Endblöcke sind statistische Copolymere aus hydrophoben und thermoresponsiven Monomeren und weisen eine untere Mischungslücke auf. Die Mittelblöcke sind schwache Polyelektrolyte, deren Kettenkonformation in wässriger Lösung stark vom pH-Wert abhängt. Die thermoresponsiven Eigenschaften der Endblöcke erlauben die Kontrolle der Netzwerkdynamik: Die Vernetzungspunkte sind bei Temperaturen unterhalb des Phasenübergangs dynamisch, oberhalb hingegen eingefroren. Die Responsivität der End- und Mittelblöcke soll ausgenutzt werden, um perfekt geordnete nanostrukturierte dünne Filme zu präparieren. Diese quellen stark in Wasser oder Wasserdampf, und somit ein Modellsystem für Sensoren sind. Der Quellgrad hängt hierbei von den Präparationsbedingungen ab. Zunächst sollen die Netzwerkstrukturen als Funktion der Polymerkonzentration, des pH-Werts, der Ionenstärke und der Temperatur mit Röntgenkleinwinkelstreuung untersucht werden. Die Dynamik der Netzwerke soll mit dynamischer Lichtstreuung untersucht werden, und zwar auf konventionelle Weise und mit rotierender Probe. Anhand dieser Erkenntnisse sollen das Quellverhalten und die strukturellen Änderungen in dicken Filmen untersucht werden, wenn diese in Wasser bei verschiedenen relevanten pH-Werten, Ionenstärken und Temperaturen gequollen werden. Diese Untersuchungen werden mit Röntgenkleinwinkelstreuung am Synchrotron durchgeführt. Schließlich sollen dünne Filme bei ausgewählten pH-Werten und Ionenstärken präpariert werden. Ihr Quellverhalten und ihre strukturellen Änderungen bei Quellen in Wasserdampf sowie beim Trocknen. Hierbei soll durch Änderung der Temperatur die Netzwerkdynamik so variiert werden, dass effizient defektfreie Strukturen erzeugt und konserviert werden. Diese Filme können als Modellsystem für Sensoren betrachtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Griechenland
• Großgeräte: DLS-Instruments mit Rotationszelle
• Gerätegruppe: 5360 Meßgeräte für gestreutes und reflektiertes Licht, optische Oberflächen-Prüfgeräte
• Kooperationspartner: Professor Dr. Constantinos Tsitsilianis