Hybridmaterialien und Nanokomposite

Die Kombination von anorganischen mit organischen Baueinheiten auf molekularer oder Nanometer-Längenskala führt zu neuartigen Materialien mit Eigenschaften, die zwischen denen der Ausgangssubstanzen liegen. Durch geschickte Materialkombinationen können auch völlig neue Eigenschaften generiert werden. Typische Beispiele für solche Materialien sind optisch transparente polymere Werkstoffe mit hoher Kratzfestigkeit und thermischer Beständigkeit oder organische Polymere, die durch Einbringung von anorganischen Komponenten leitfähig gemacht werden können. Eine wesentliche Herausforderung in der chemischen Synthese dieser Substanzen ist die Herstellung eines möglichst homogenen Materials, die nur durch die ausreichende Kontrolle verschiedener Reaktionsparameter erreicht wird. Voraussetzung, um den kontrollierten Aufbau dieser Werkstoffe zu gewährleisten, ist die systematische Erfassung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Wir widmen unsere Forschungsarbeiten der kontrollierten Synthese von definierten Nanometer-Bausteinen und neuartigen Matrixmaterialien und studieren die Eigenschaften der entstehenden Materialien.
Grundlage unserer Arbeiten ist daher die Erforschung der Anbindung von organischen Gruppen an anorganische Moleküle, z.B. durch koordinative oder kovalente Wechselwirkungen. Diese molekularen Modellsysteme erlauben uns, die Wechselwirkung zwischen anorganischer und organischer Komponente mit den klassischen Untersuchungsmethoden der Chemie, z.B. NMR- oder IR-Spektroskopie, genau zu erfassen. Die erhaltenen Ergebnisse helfen dann auch, größere Systeme wie z.B. Nanopartikel besser zu verstehen. Eine Kombination unterschiedlicher Herstellungsmethoden solcher Materialien und Messmethoden aus verschiedenen Bereichen der Chemie, Physik und Werkstoffwissenschaften machen es möglich, die Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bis zu den makroskopischen Materialeigenschaften zu erfassen.
Forschungsthemen, die uns im Moment stark beschäftigen, sind die Herstellung von selbstheilenden Materialien und die Synthese von neuartigen Verkapselungssystemen für optoelektronische Anwendungen. In beiden Fällen verwenden wir Ansätze, bei denen ein Polymerrückgrat so verändert wird, dass durch Einbau von molekularen oder nanopartikulären Species die gewünschten Eigenschaften erzielt werden.

Im Forschungsgebiet selbstheilende Materialien beschäftigen wir uns mit Nanokompositen, bei denen anorganische Nanopartikel in eine Polymermatrix eingearbeitet sind. Durch eine chemische Funktionalisierung der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien gelingt es uns eine schaltbare Funktion einzufügen, welche im mechanischen Schadensfall eine Reparatur des Materials durch äußeres Erwärmen herbeiführt. Derzeit arbeiten wir hier auch an Methoden des induktiven Erwärmens zur Schadensreparatur. 

Im Themengebiet neuartigen Verkapselungssystemen für optoelektronische Anwendungen sind Materialien gefragt, die eine hohe optische Transparenz besitzen. Als Materialklasse verwenden wir hierbei Silicone und Derivate davon. Uns ist es gelungen durch ein neues Verfahren Materialien herzustellen, die eine extrem hohe optische Transparenz bei hoher thermischer und Photostabilität aufweisen. Ein weiterer Vorteil dieser Materialien ist, dass es sich im Gegensatz zu kommerziell erhältlichen Produkten um Einkomponentenmaterialien handelt die keine Katalysatoren zur Vernetzung benötigen, sondern bei denen dies über einen einfachen thermischen Schritt möglich ist.