Material mit Richtungssinn

Viele künstliche Materialien besitzen besondere Eigenschaften – ob hart oder weich, elektrisch leitend oder isolierend, wasser­abweisend oder magnetisch. Diese beruhen einerseits auf den Eigenschaften der Partikel selbst, andererseits aber insbesondere auf der Anordnung jener Bausteine. Wer diese Anordnung kontrollieren kann, kann maß­geschneiderte künstliche Materialien mit völlig neuen Eigenschaften erzeugen. Die Deutsche Forschungs­gemeinschaft (DFG) bewilligte am 25. Mai 2016 einen neuen Sonder­forschungs­bereich (SFB) an der Universität Konstanz, der sich mit den Fragen der kontrollierten Anordnung von Teilchen beschäftigt.

Der Sonderforschungsbereich SFB 1214 „Anisotropic Particles as Building Blocks: Tailoring Shape, Interactions and Structures“ vereint führende Forscher der Chemie und Physik, um in Pionier­arbeit anisotrope Eigenschaften von Partikeln und der daraus aufgebauten Material­strukturen zu erforschen. Der mit insgesamt rund 7,5 Millionen Euro geförderte SFB umfasst 15 Teil­projekte sowie die Einrichtung eines Zentrums für Partikel­analyse und eines Graduierten­kollegs zur Doktoranden­ausbildung an der Universität Konstanz. Der SFB 1214 wird am 1. Juli 2016 seine Arbeit aufnehmen und ist zunächst für vier Jahre bewilligt.

Die Natur ist das Vorbild für viele künstliche Werkstoffe. In vielen Fällen ist die Natur jedoch bislang unerreicht. Holz und Knochen sind gute Beispiele: Die heraus­ragenden Eigenschaften dieser Stoffe basieren auf Teilchen­ebene auf einer ebenso präzisen wie komplexen, richtung­sabhängigen Anordnung ihrer Partikel. „Eine vergleichbare Organisation künstlich hergestellter Materie geht weit über den aktuellen Stand der Erkenntnis hinaus“, erklärt der Konstanzer Chemiker Helmut Cölfen, Sprecher des Sonder­forschungs­bereichs 1214. „Unser Sonder­forschungs­bereich legt nun das Fundament für das Verständnis und die Nutzung der strukturellen und funktionellen Anisotropie, um eine neue Generation an Materialien mit maß­geschneiderten Eigenschaften möglich zu machen“, gibt Cölfen einen Ausblick. Anisotrope Partikel sind für die molekularen Material­wissenschaften besonders interessant, da sie ein aussichts­reiches Spektrum an gegen­seitig gerichteten Wechsel­wirkungen der Teilchen bieten. Dennoch sind anisotrope Material­strukturen noch immer ein kaum erforschter Pionier­bereich der Material­wissenschaften.

Die Ziele des SFB erfordern sowohl eine umfangreiche Expertise in der Synthese, Analytik und Theorie als auch eine Verknüpfung der Forschungs­bereiche harter und weicher Materie. „Diese facetten­reiche Grundlage ist in einzig­artiger Weise in Konstanz gegeben, da hier eine lang bestehende Forschung zur Physik der weichen Materie durch Chemie-Arbeits­gruppen ergänzt wurde“, zeigt Cölfen auf. Der Sonder­forschungs­bereich ist im Konstanzer Forschungs­schwer­punkt der molekularen Nano- und Material­wissenschaften angesiedelt, einem der vier Profil­bereiche der Universität Konstanz.

Die 15 Teilprojekte des SFB befassen sich mit der Synthese von anisotropen Partikel­strukturen, mit ihren Wechselwirkungen, mit Partikel-Überstrukturen sowie mit der analytischen Methoden­entwicklung. Charakteristisch für die einzelnen Projekte ist jeweils eine Kombination von Theorie und Experiment sowie eine Zusammenarbeit von Chemikern und Physikern. Langfristiges Ziel ist unter anderem, Herstellungs­prinzipien für partikel­basierte Materialien zu erarbeiten – mit breiten Anwendungs­feldern für eine neue Generation von optisch, elektronisch, magnetisch und mechanisch optimierten Materialien.

U. Konstanz / DE