Unsere Forschung

Die 3D-Struktur, der Aufbau und die Eigenschaften weicher Kolloide hängen stark von Temperatur, Druck und Konzentration sowie von äußeren Kräften ab, die durch Strömung, Spannung, elektrische und magnetische Felder vermittelt werden. Wir untersuchen den Zusammenbau von Polymeren und weichen Kolloiden zu mizellaren, membranartigen, kristallinen und quasi-kristallinen Strukturen. Dabei kommen Streumethoden wie SAXS, SANS und dynamische Lichtstreuung sowie Molekulardynamiksimulationen zum Einsatz.

Jüngste Beispiele aus unserer Gruppe sind die Synthese und der Zusammenbau eines kolloidalen Systems auf der Basis von Blockcopolymeren, die durch Änderung des pH-Werts zwischen sterischen und elektrostatischen Wechselwirkungen wechseln können [1]. Ein weiteres Beispiel sind alternierende amphiphile Copolymere, die aus hydrophoben Dicarbonsäuren und hydrophilen Poly(ethylenglykol)-Einheiten synthetisiert werden und ein breites Spektrum an Selbstorganisationsverhalten und thermischen Lösungseigenschaften aufweisen, die durch Anpassung der Längen der hydrophoben und hydrophilen Einheiten systematisch variiert werden können. Zu den gefundenen Strukturen gehören Einzelketten, Mizellen, Gele und hochgeordnete lyotrope Flüssigkristalle. [2]

Telechelische Polymere, die zwei Kettenenden haben, die die Selbstorganisation zu „blumenartigen“ oder miteinander verbundenen mizellaren Strukturen fördern, wurden auf ihre molekulare Austauschkinetik mittels zeitaufgelöster Kleinwinkel-Neutronenstreuung untersucht. Die Studie ergab, dass die Aktivierungsenergien des monofunktionellen und des telechelen Kettenaustauschs identisch sind, was auf einen mehrstufigen Prozess mit einem kollisionsinduzierten Einzelmolekülaustauschmechanismus hinweist, der durch ein einfaches kinetisches Modell erklärt werden kann.

Quasikristalle sind eine besondere Form der Ordnung, die sich grundlegend von klassischen kristallinen Systemen unterscheidet. Wir untersuchen die Bildung von Quasikristallen aus weicher Materie mit kolloidalen Systemen auf Längenskalen vom Nano- bis zum Mikrometerbereich. Unser Ziel ist es, ein tieferes Verständnis der Grundprinzipien ihrer Bildung zu erlangen, um sie dann gezielt herstellen zu können. Zu diesem Zweck kombinieren wir Molekulardynamiksimulationen [4] mit Streuexperimenten und Elektronenmikroskopie.

Referenzen:

Zitat 1: Macromolecules 2024 57 (12), 5818-5830 DOI: 10.1021/acs.macromol.4c00486

Zitat 2: Macromolecules 2022, 55, 5, 1552–1565

Zitat 3: Nico König, Lutz Willner, Vitaliy Pipich, Najet Mahmoudi, and Reidar Lund
Phys. Rev. Lett. 124, 197801

Zitat 4: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/sm/c6sm01454b