Polymer-Selbstorganisation

Research Topic of the Department

Blockcopolymere (BCPs) sind eine vielversprechende Materialklasse, die in der Herstellung photonischer Materialien weit verbreitet ist, da sie sich selbst zu Strukturen im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts zusammensetzen können. Im Vergleich zu anderen Materialien, die für die Bottom-up-Selbstorganisation verwendet werden, wie z.B. Kolloide, bieten BCPs mehrere entscheidende Vorteile, darunter eine schnelle Selbstorganisationskinetik, eine makroskopische Ordnung der resultierenden Strukturen und eine hohe Toleranz gegenüber funktionellen Additiven. Die Möglichkeit, die resultierende Färbung durch Anpassung der molekularen Struktur der BCPs zu steuern, erlaubt zudem den gezielten Aufbau komplexerer Mikrostrukturen. BCPs wurden zur Selbstorganisation einer Vielzahl von photonischen Architekturen verwendet, von Strukturen mit langer Ordnung (z.B. dicht gepackte Mizellen, hexagonal gepackte Zylinder, Gyroskope, Doppeldiamanten, kubische und korrelierte Gitter) bis hin zu Systemen mit kurzer Ordnung, wie photonische Gläser.

Das Gebiet der BCP-basierten Photonik hat sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt, wobei zwei Haupttypen von BCPs bei der Entwicklung photonischer Materialien eingesetzt werden: lineare Blockcopolymere (LBCPs) und Bürstenblockcopolymere (BBCPs). BBCPs zeichnen sich insbesondere durch dicht gepfropfte Seitenketten aus, die eine erhebliche sterische Hinderung darstellen und die Steifigkeit des Polymerrückgrats erhöhen. Dies verbessert die Konformation der BBCPs, reduziert die Kettenverknäuelung und begünstigt größere, klar definierte Moleküldimensionen sowie eine schnellere Selbstassemblierungskinetik. Diese Vorteile haben seit 2016 zu einer bemerkenswerten Verschiebung hin zu BBCPs in photonischen Systemen geführt.

In unserer Gruppe untersuchen wir: (i) die Nutzung der begrenzten Selbstorganisation von BBCPs in Tröpfchen zur Herstellung photonischer Pigmente; (ii) Strategien zur Verbesserung der Selbstorganisation oder zur Einführung zusätzlicher Funktionen; und (iii) die Entwicklung biokompatibler und biologisch abbaubarer photonischer Systeme auf BBCP-Basis.