Exploration of molecular mechanochromic springs: from mechanotransduction at the single chain level to stress relaxation and ageing of polymers

• Antragsteller: Professor Dr. Günter Reiter; Professor Dr. Michael Sommer; Privatdozent Dr. Michael Walter
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412095266

Dieser Antrag ist mit dem Design und der Implementierung von neuen Donor-Akzeptor-Donor DAD) Torsionsfedern für die Detektion von Kräften und Alterungserscheinungen in Polymermaterialien befasst. Wir vereinen maßgeschneiderte mechanochrome Materialien (Sommer) mit der theoretischen Beschreibung von kraft-induzierten Konformationsänderungen (Walter) sowie der experimentellen Untersuchung von Alterungsphänomenen in verschiedenen Polymermaterialien (Reiter). Um dieses Konzept zu realisieren werden in jedem der drei Bereiche große Schritte gemacht. Sommer wird neue DAD-Federn auf Basis von Diketopyrrolopyrrol und Quinoxalin hergestellen, die verbesserte optischen Eigenschaften (Emissionsbereich und Kraft-induzierte Verschiebung der Photolumineszenz), erweiterten Kraftbereich und unterschiedliche Reversibilität zeigen. Die DAD Federn werden zusätzlich mit molekularen Sollbruchstellen verknüpft werden um eine interne Kalibrierung zu ermöglichen, und zuletzt in diverse Polymere kovalent eingebaut. Walter wird diese Federn theoretisch beschreiben um die vielversprechendsten Kandidaten zu identifizieren, und kraft-induzierten Konformationsänderungen mit den daraus resultierenden optischen Eigenschaften verknüpfen (Einzelmolekül/ -kette). Reiter wird verschiedene mechanische Experimente an Filmen und Volumenproben zeit- und temperaturabhängig durchführen und dabei die Emission der Federn in-situ und auch ortsaufgelöst detektieren. Walter wird zuletzt experimentelle Photolumineszenzkurven entfalten um Kräfteverteilungen von makroskopischen Proben zu erhalten, und dies mit theoretisch bestimmten Kräften an einer Kette abgleichen. Die Ergebnisse dieses Projekts werden die Nützlichkeit und Vielfältigkeit von mechanochromen Materialien jenseits ihrer aktuellen Möglichkeiten befördern. Mögliche Resultate reichen von der breiten Verfügbarkeit von molekularen Kraftfedern für verbreiterte Kraftbereiche und dadurch diversifizierte Anwendungsfelder, bis hin zu einem fundierten Verständnis wie orts- und zeitaufgelöste molekularen Prozesse Alterung von Polymeren verursachen. Zuletzt kann das Konzept von mechanochromen Kraftfedern zukünftig auf multifunktionelle Materialien mit dehnungsabhängigen elektronischen Eigenschaften erweitert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen