Untersuchungen zur Dynamik von Polyelektrolytmultischichten mittels Spinmarkierung und EPR-Spektroskopie

• Antragsteller: Dr. Uwe Lappan
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347223722

Gegenstand des Projektes sind Polyelektrolytmultischichten, die durch alternierende Adsorption von Polyanionen und Polykationen mittels Layer-by-Layer-Technik auf verschiedene Substratoberflächen aufgebaut werden können. Sie ist eine generelle und allgemein anwendbare Technik, die es ermöglicht eine Vielzahl von unterschiedlichen maßgeschneiderten Strukturen herzustellen. Polyelektrolytmultischichten finden zunehmend Beachtung bei der gezielten Modifizierung von Oberflächen und Membranen. Verschiedene Aspekte wie der Wachstumsmechanismus, die innere Struktur der Schichten sowie die Dynamik sind von grundlegendem Interesse für die praktischen Anwendungen. Während viele Details zu den Strukturen bekannt sind, gibt es deutlich weniger Erkenntnisse zur nicht minder wichtigen Dynamik der Polymere in den Multischichten.Das Ziel des Projektes ist es, neue Erkenntnisse zur Kettensegmentbeweglichkeit von Polyelektrolyten in Multischichten zu gewinnen und Zusammenhänge zwischen innerer Struktur und Dynamik in diesen Multischichten sowie daraus resultierenden Eigenschaften aufzuzeigen. Um dieses Ziel zu erreichen werden Polyelektrolytmoleküle mit Spinmarkern versehen und in definierter Weise in die PEM eingebaut. Die EPR-Spektroskopie bietet das Potential die Rotationsdiffusion des am Makromolekül gebundenen Spinmarkers zu studieren und daraus quantitative Aussagen zur Polymersegmentbeweglichkeit zu gewinnen, die mit Daten zu langsameren Bewegungen aus der NMR komplementiert werden.Die experimentellen Untersuchungen zielen auf die Zusammenhänge zwischen chemischer Struktur der eingesetzten Polyelektrolyte, den Bedingungen bei der Präparation der PEM bzw. den Parametern des umgebenen Mediums (Ionenstärke, pH) und der Beweglichkeit von Polymersegmenten in verschiedenen Zonen der Multischicht. Die innere Dynamik der Polyelektrolyte in den Multischichten hat Einfluss auf den Transport in der Multischicht bzw. durch die Multischicht, wenn sie als Membran eingesetzt wird. Aus der Korrelation der Temperaturabhängigkeit von Polymerdynamik und Diffusion kleiner Gastmoleküle in den Multischichten ergeben sich Einblicke in den Transportmechanismus.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Ulrich Scheler