NSF-DFG MISSION: In-situ- und Operando-untersuchungen von weichen Materialien an vergrabenen Grenzflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Müller-Buschbaum
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542459311

In unserem NSF-DFG MISSION-Projekt konzentrieren sich die Forscher aus den USA (Univ Massachusetts Amherst) und Deutschland (Technische Universität München) auf vergrabene Grenzflächen im Zusammenhang mit der Struktur und Orientierung weicher Materialien. Mit Hilfe von In-situ- und Operando-Methoden wird unser Team die Auswirkungen von Grenzflächenwechselwirkungen und elektronischen Effekten von unterschiedlichen Materialgrenzflächen untersuchen, die miteinander in Kontakt stehen (d.h. Polymer-Metall-, Polymer-Halbleiter- und Polymer-Polymer-Grenzflächen). Ein detailliertes Verständnis solcher Grenzflächen ist zwar für die Verbesserung der Leistung elektronischer Bauelemente von entscheidender Bedeutung, doch fehlt es derzeit an einem solchen Verständnis, das sich mit Hilfe von In-situ- und Operando-Techniken deutlich verbessern lässt. Solche Studien sind von Natur aus schwierig, da 1) die vergrabene Grenzfläche sich weit unter der Oberfläche einer Deckschicht (z. B. eines Polymers) befindet und 2) die Materialmenge an einer Grenzfläche im Verhältnis zum umgebenden Material sehr gering ist. Trotz dieser Herausforderungen ist dieses Problem für eingehende Studien von entscheidender Bedeutung, da diese Grenzflächen die chemischen und physikalischen Eigenschaften in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen, einschließlich elektronischem Transport, Katalyse, Trennung und Benetzung, entscheidend beeinflussen. Durch die Zusammenarbeit unseres Teams, das sich auf die für die Charakterisierung von vergrabenen Grenzflächen erforderliche Grundlagenforschung konzentriert, wird eine neue, eingehende internationale Zusammenarbeit aufgebaut, bei der die teilnehmenden Studenten die einzigartige Grundlage eines internationalen Netzwerks von Mitarbeitern erhalten. Im Einzelnen wird unser MISSION-Team mit Schwerpunkt auf der In-situ- und Operando-Charakterisierung von Grenzflächen die Materialchemie mit Transmissions- und streifenden Einfalls-Resonanztechniken für weiche Röntgenstrahlung und mit Neutronen, einschließlich GISANS, GISAXS und GIXD, kombinieren und durch gezielte Strukturierung Intensitäts-verstärkte Streumethoden entwickeln, um die Veränderung von Grenzflächen im Laufe der Zeit detailliert zu untersuchen. Beispielsweise bietet der Grenzflächenkontakt zwischen Polymer-Zwitterionen und Metallelektroden eine gleichzeitige Modulation 1) der Arbeitsfunktion einer Elektrode und 2) des Ladungstransports mit einer angrenzenden Polymerschicht. Die Orientierung und die räumliche Lage der zwitterionischen Dipole werden die Oberflächenwechselwirkungen stark beeinflussen, und In-situ-Studien werden es uns ermöglichen, diese Hypothese zu untersuchen, während sich die Orientierung im Laufe der Zeit entwickelt. Durch die strategische Einfügung funktioneller Bestandteile in die Polymere werden wir die räumliche Lage und Ausrichtung mit speziellen und weiterentwickelten Streumethoden besser untersuchen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Todd Emrick; Professor Dr. Thomas P. Russell