Defekt-Engineering mit Präzisions-Polymeren

Defekt-Engineering mit Präzisions-Polymeren

Wie beeinflussen präzise verteilte Kettenfehler die Kristallisation gefalteter Ketten?

Unter den kristallisierbaren Materialien nehmen Polymere einen besonderen Platz ein, da die Einheitszelle eines Polymerkristalls nicht das gesamte Molekül, sondern nur einen Teil der Monomereinheiten enthält. Darüber hinaus stellt die molekulare Architektur eines Polymers eine weitere Einschränkung für den Kristallisationsprozess dar: Die Monomereinheiten bilden eine Kette und um eine Kristallstruktur aufzubauen müssen diese sequentiell platziert werden, wie es die chemische Sequenz der Monomere vorschreibt. Diese Einschränkung hat drastische Folgen für die Kristallisation eines Polymers. Chemische Unregelmäßigkeiten wie Seitenkettenverzweigungen oder Co-Monomere in einem ansonsten regelmäßigen Polymer beeinflussen dessen Kristallisation und damit die physikalischen Eigenschaften des Materials. In den meisten Polymersystemen sind diese chemischen Defekte zufällig entlang der Kette verteilt und es ist schwierig, ihren Einfluss auf die Kristallisation im Detail zu verstehen.

In unseren Studien untersuchen wir Präzisionspolymere, die durch Polymerisation mit acyclischer Dienmetathese (ADMET) hergestellt werden. Diese Synthese gewährleistet eine exakte, äquidistante Platzierung der Kettenfehler. Da die Defekte genau an äquidistanten Positionen platziert sind, ist zu erwarten, dass diese Regelmäßigkeit von der Molekülkette auf den Kristall übertragen wird. Je nach Größe der Defekte werden diese entweder eingeschlossen oder aus dem Kristall ausgeschlossen. Bei einem Polymer, welches einen Ausschluss zur Folge hat, wirkt sich dies direkt auf die maximal erreichbare Lamellendicke aus, die durch die Anzahl der CH2-Einheiten zwischen zwei Defekten definiert ist.

Ziel unserer Forschung ist es, die Möglichkeiten zu erforschen, die präzise molekulare Architektur der Präzisionspolymere in Kombination mit ihrer Kristallisation zu nutzen, um neue Materialeigenschaften und nanoskalige Strukturen zu erreichen.

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Der Blick ins Details öffnet ein Fenster zum Verstehen. Mithilfe mikroskopischer Untersuchungen von makromolekularen Strukturen untersuchen wir die Verbindung der Strukturen mit ihrer Funktion. Wir entwickeln neue Methoden, um Strukturen im Nanometer-Bereich mittels Elektronenmikroskopie zu visualisieren. mehr

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