Schaltbare Mesokristalle: Synthese, Eigenschaften und Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Baum, seit 4/2024; Professor Lukas Schmidt-Mende, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510996696

Mesokristalle sind geordnete Überstrukturen aus Nanokristallen in kristallographischen Anordnungen und können so die vorteilhaften Eigenschaften von Nanopartikeln mit denen von Einkristallen kombinieren. Obwohl ihr Anwendungspotential enorm ist und bereits über einige herausragende Eigenschaften berichtet wurde, sind diese Strukturen bisher in Raum und Zeit statisch. Gelingt es jedoch, Mesokristalle durch einen externen Stimulus reversibel schaltbar zu machen, so sind maßgeschneiderte Änderungen der chemischen und physikalischen Eigenschaften zu erwarten, wodurch innovative Funktionalitäten erschlossen werden können. In diesem Projekt wollen wir untersuchen und kontrollieren, wie sich die Anordnung von Au-Nanokristallen unterschiedlicher Größe und Form zu schaltbaren Mesokristallen erreichen lässt und wie spezielle Strukturen zur Weiterentwicklung von elektronischen und optischen Funktionalitäten eingesetzt werden können. Der synthetische Schwerpunkt liegt auf dem stimuli-responsiven Aufbau (Licht, Temperaturwechsel) von 3D-Mesokristallen und 2D-Dünnschichten mit gezielter Funktionalität. Wir werden maßgeschneiderte Liganden einsetzen, die aus funktionalisierten, temperaturschaltbaren Poly(2-oxazolin)-Di- oder Triblock-Copolymeren bestehen, welche mit lichtschaltbaren Spiropyranen modifiziert sind, um lokale schaltbare Leitfähigkeit in mesokristallinen Filmen zu erzielen. Mittels neuartiger optischer und elektronischer Messansätze soll die Struktur-Funktions-Beziehung der Komponenten für elektrische, optoelektronische und optische Anwendungen untersucht werden, um damit wiederum die Synthese zu optimieren. Unser Ziel ist es, so die synthetische und analytische Grundlage für eine neue Klasse von elektrischen und optischen Metamaterialien mit völlig neuen Eigenschaften zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Helmut Cölfen, bis 3/2024 (†)