GRK 2516:  Kontrolle über die Strukturbildung von weicher Materie an und mittels Grenzflächen

• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Polymerforschung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405552959

Ein charakteristisches Merkmal von sowohl natürlichen als auch synthetischen weichen Materialen sind Grenzflächen mit einem großen Verhältnis der Oberfläche zum Volumen. Externe Grenzflächen werden außerdem routinemäßig eingesetzt, um vielfältige chemische und physikalische Prozesse zu steuern, z.B. das Wachstum kolloidaler Kristalle und dünner Polymerfilme. Das gezielte Design der Funktion und Reaktivität von Grenzflächen erlaubt eine präzise Kontrolle über die Präparationsprozesse solcher Materialien, und damit ihrer gewünschten chemischen Zusammensetzung und strukturellen Morphologie. Allerdings ist die Dynamik der strukturbildenden Prozesse nur schlecht verstanden, und wird typischerweise in einem vereinfachten Zugang basierend auf Gleichgewichtskonzepten diskutiert. Im Gegensatz dazu beruhen reelle Fabrikationsvorgänge auf komplexen dissipativen Prozessen mit einer Vielzahl von vergleichbaren Wechselwirkungen, welche konkurrierende Prozesspfade (“competing pathways”) ermöglichen. Die Ausnutzung dieser Pfade eröffnet faszinierende Möglichkeiten für das Design funktionaler weicher Materialen. Die Vision unseres Graduiertenkollegs ist es, dieses Potential von Grenzflächen zu erschließen, um den Herstellungsprozess und damit die Eigenschaften weicher Materialen zu kontrollieren. Da diese besonders sensitiv auf externe Stimuli reagieren, ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Funktionalität zu realisieren. Die zentrale Herausforderung ist die Kontrolle und Selektion von Pfaden, mit der Aussicht generelle Prinzipien und Konzepte zu formulieren. Mit der graduellen Verschiebung des Fokus von idealisierten Gleichgewichts- zu Nichtgleichgewichtsprozessen nimmt diese Herausforderung einen größer werdenden Stellenwert ein. Dieser Paradigmenwechsel macht es notwendig, eine neue Generation von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Grenzbereich der Physik und Chemie zu schulen und sowohl mit den theoretischen Grundlagen als auch den aktuellsten experimentellen Techniken vertraut zu machen. Diese konsequente Verknüpfung von Theorie und Experiment ist das Herzstück unseres Qualifikationskonzeptes. Die wichtigste Maßnahme hierfür ist die Tandem-Betreuung von Doktoranden.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
• Beteiligte Institution: Max-Planck-Institut für Polymerforschung; Technische Universität Darmstadt
• Sprecher: Professor Dr. Pol Besenius; Professor Dr. Thomas Speck, bis 8/2022
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professorin Dr. Katrin Amann-Winkel, Ph.D.; Professor Dr. Hans-Jürgen Butt; Privatdozent Dr. Kostas Ch. Daoulas; Professorin Dr. Regine von Klitzing; Professor Dr. Kurt Kremer; Professor Dr. Arash Nikoubashman; Professorin Dr. Friederike Schmid; Professor Sebastian Seiffert, Ph.D.; Professor Dr. Lukas Stelzl; Dr. Peter Virnau; Professor Dr. Andreas Walther