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

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

Grenzflächen sind in natürlichen und synthetischen weichen Materialien allgegenwärtig. Aufgrund ihres großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen bieten Grenzflächen die Möglichkeit, Medien zu trennen und zu schützen, die andernfalls inkompatibel wären. Sie werden daher routinemäßig eingesetzt, um Prozesse in chemischen und physikalischen Anwendungen weicher Materie zu steuern und zu verbessern. Die Stärke des Einsatzes definierter Grenzflächen liegt in der Kontrolle über ihre Oberflächenzusammensetzung und -funktionalität, um die Präparationsprozesse von kolloidalen Kristallen, dünnen Polymerfilmen und -beschichtungen oder selbstorganisierten Monoschichten maßgeschneidert zu gestalten. In den letzten Jahrzehnten haben molekulare Chemiker*Innen, Polymer- und Kolloidwissenschaftler*Innen die Strukturbildung an Grenzflächen jedoch überwiegend mit Hilfe von Gleichgewichtskonzepten beschrieben, was nur ein stark vereinfachtes Bild zulässt. Die zugrundeliegende Dynamik der Strukturbildung ist nach wie vor schlecht verstanden, und die meisten Präparations- oder Herstellungsprozesse arbeiten unter Bedingungen, die konkurrierende Wechselwirkungen und damit mehrere Reaktionspfade begünstigen. Wir haben das Potenzial und die faszinierenden Möglichkeiten erkannt, um solche konkurrierenden Pfade bei der Herstellung weicher Funktionsmaterialien zu nutzen und Strukturbildungsprozesse zu kontrollieren. In unserem Graduiertenkolleg (GRK) konzentrieren wir uns auf die Nutzung von Grenzflächen, um gezielt diese Prozesse zu steuern und damit die Eigenschaften der weichen Materie zu kontrollieren. Im Rahmen des Graduiertenkollegs wollen wir universelle Prinzipien und Konzepte aufdecken, indem wir konkurrierende Pfade im Selbstorganisationsprozess an und durch Grenzflächen verstehen und lernen auszunutzen. Diese Herausforderung gewinnt zunehmend an Bedeutung, da in der molekularen und makromolekularen Materialforschung ein Paradigmenwechsel stattfindet, mit der Verschiebung von thermodynamischen Gleichgewichtsstrukturen zu Materialsystemen, die aus dynamischen Nichtgleichgewichtsprozessen entstehen. Dies macht es notwendig, die nächste Generation junger Wissenschaftler*Innen interdisziplinär in Chemie und Physik auszubilden, damit sie sowohl über einen Hintergrund und ein Fundament in der Theorie der weichen Materie als auch in experimentellen Synthese- und Charakterisierungstechniken verfügen. Diese Verknüpfung von Theorie und Experiment wird konsequent in der Graduiertenausbildung und dem Qualifikationskonzept umgesetzt, in dem wir unter anderem auf eine Tandem-Betreuung in allen Projektbereichen der Doktorand*Innen setzen.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
• Beteiligte Institution: Max-Planck-Institut für Polymerforschung; Technische Universität Darmstadt; Universität Stuttgart
• Sprecher: Professor Dr. Pol Besenius
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professorin Dr. Katrin Amann-Winkel, Ph.D.; Professor Dr. Hans-Jürgen Butt; Privatdozent Dr. Kostas Ch. Daoulas; Professorin Shikha Dhiman, Ph.D.; Professorin Dr. Regine von Klitzing; Professorin Dr. Friederike Schmid; Professor Dr. Thomas Speck; Professor Dr. Lukas Stelzl; Dr. Peter Virnau; Dr. Michael te Vrugt; Professor Dr. Andreas Walther