PolyCon - Eine Einrichtung für chemisches und mechanisches µ-Imaging von Polymeren und ihren Alterungsprozessen im Kontext von Kulturerbe, Ressourcen- und Umweltschutz sowie Ingenieurwesen

• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Analytische Chemie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Neuere und Neueste Geschichte (einschl. Europäische Geschichte der Neuzeit und Außereuropäische Geschichte)
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533309803

Synthetische Polymere basierten anfangs auf modifizierten natürlichen Polymeren, dann auf polymerisierten Molekülen aus fossilen Brennstoffen und sind heute Teil der Entwicklung von gezielt angepassten Advanced Materials. Diese relativ junge Technologie übt bereits einen großen Einfluss auf unsere Gesellschaft aus. Einerseits haben Artefakte mit synthetischen Polymeren einen großen Anteil in Technik, Design, Textilien und den Sammlungen moderner und zeitgenössischer Kunst. Andererseits sind sie durch Überproduktion und unzureichendem Recycling eine hohe Umweltbelastung. Hinten dem PolyCon steht einem interdisziplinären Team mit Mitgliedern aus vier Fakultäten. Aufgrund der Überschneidungen in Forschungszielen und der Komplementarität im Fachwissen und in der Infrastruktur wurde 2022 auf Initiative von Konsortiumsmitgliedern (Profs. Katrakova-Krüger, Ferreira, Waentig, Wagner) die neue Forschungsgruppe "Materialanalyse für Kulturerbe, Umwelt und Ressourcen" eingerichtet. Prof. Hartl und Prof. Wolf bringen Expertise in den Bereichen synthetischer Materialien in der Technik und KI-Methoden für multivariate nichtlineare Datenanalyse in das Konsortium ein. Die Materialcharakterisierung zur Analyse des Alterungsverhaltens ist nicht nur wichtig für den Erhalt von Kulturerbe, sondern auch zur Erkennung limitierender Faktoren für das Recycling von Polymeren durch Eigenschaftsveränderungen und/oder Akkumulation von Verunreinigungen entlang der zirkulären Wertschöpfungsketten und sie ist notwendig für die Bewertung neuer technischer Materialien. Das mit den beantragten Geräten mögliche chemische und mechanische µ-Imaging erlaubt Untersuchungen zu Alterungsmechanismen, die über den Stand der Technik hinausgehen. PolyCon ist eine Plattform für interdisziplinäre Zusammenarbeit und Ausbildungsinitiative für junge Forschende. An beiden Standorten (chemische Bildgebung: Campus Südstadt, mechanische Bildgebung: Campus Gummersbach), an denen Fachkräfte für den Plattformbetrieb verantwortlich sein werden, bestehen bereits wichtige Laborinfrastrukturen und Expertisen. Ein jährliches Summer School-Programm wird neue Nutzende schulen und weniger erfahrene - junge Forschende - unterstützen. Expertensitzungen auf diesen Summer Schools mit externen Gästen und Mitgliedern anderer Forschungseinrichtungen der TH Köln, bieten die Möglichkeit zum Ergebnisaustausch, zur Problemlösung und Entwicklung gemeinsamer Ideen. Aufgrund der komplexen multivariaten Natur der Daten werden Methoden des Maschinellen Lernens (ML) und der Künstlichen Intelligenz (KI) angepasst und trainiert, um die großen Datensätze automatisch zu analysieren und gewonnene Informationen zu korrelieren (Metadaten der Proben mit FT-IR-Bildgebung, Elementbestimmung, Charakterisierung mechanischer Eigenschaften). Diese Initiative wird innovative interdisziplinäre Forschung fördern und die Wettbewerbsfähigkeit der TH Köln als forschende Hochschule für angewandte Wissenschaften steigern.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: FTIR imaging ; Ion milling ; Nanoindenter x-y table
• Gerätegruppe: 2930 Härteprüfmaschinen, Reibungs- und Verschleiß-Prüfmaschinen ; 5040 Spezielle Mikroskope (außer 500-503) ; 5140 Hilfsgeräte und Zubehör für Elektronenmikroskope
• Antragstellende Institution: Technische Hochschule Köln
• Leiterin: Professorin Ester Simoes B Ferreira, Ph.D.
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Danka Katrakova-Krüger