Materialien & Oberflächen

Das effiziente und schnelle Schalten weicher Materialien durch einen externen Reiz zur gezielten Änderung makroskopischer Eigenschaften leisten so genannte intelligente ("smarte") Polymere. Diese reagieren schnell und reversibel auf Änderung der Temperatur, des pH-Wertes, auf Licht, Redox-Reagenzien, mechanische Belastung und externe elektrische- oder magnetische Felder. Die Synthese und Charakterisierung dieser Materialien liegen im Fokus der Arbeitsgruppe Gallei. Neben dem Design der Polymere spielt die Entwicklung funktionaler Monomerbausteine eine wichtige Rolle, um gänzlich neue Materialien mit bis dato unerforschten Anwendungsprofilen zu generieren.

Die Arbeitsgruppe Scheschkewitz synthetisiert neuartige Polymere auf Basis ungesättigter Bauelemente der schweren Hauptgruppenelemente und entwickelt und verwendet molekulare Vorläuferverbindungen für die Abscheidung dünner Filme aus der Gasphase über Chemical Vapor und Atomic Layer Deposition. Alternativ werden in den Arbeitsgruppen Munz und Gallei neuartige Strategien zur Postfunktionalisierung von bestehenden Polymersystemen untersucht. Im Forschungsbereich del Campo werden Hydrogele mit selektiver Reaktion auf Licht unterschiedlicher Wellenlänge entwickelt. Diese dynamischen Materialien kodieren in einem latenten Zustand mehrere Funktionalitäten, die bei Bedarf während des Gebrauchs aktiviert werden können. Die Gruppe setzt sie als instruktive Biomaterialien für die Zellkapselung und Geweberekonstruktion ein.

In der Arbeitsgruppe Kickelbick werden hochtransparente Polymer-Materialien auf Basis von Silikon entwickelt, welche beispielsweise Einsatz in der LED-Technologie finden. Die Arbeitsgruppe Munz entwickelt optoelektronische Bausteine im Grenzbereich vom Molekül zum Material, welche in solche Matrizen eingebettet werden können.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Kombination anorganischer- und organischer Bestandteile zur Synthese von Hybridmaterialien und Nanokompositen. So genannte elastomere Opalfilme, wie sie die Arbeitsgruppe Gallei entwickelt, zeigen bei mechanischer Belastung sowie in Abhängigkeit des Blickwinkels alle Regenbogenfarben und die Reflektionsfarben können gezielt geschaltet werden.
Die Arbeitsgruppe Kickelbick erforscht schaltbare, intelligente Materialien unter dem Einsatz von Polymeren als Matrixmaterialien. Solche Materialien können durch den Einbau chemischer Funktionen ein Potential zur Selbstheilung aufbauen, welches die Lebensdauer des Materials deutlich verlängert und damit wesentlich für ein nachhaltiges Produktdesign sorgt. Auch die Arbeitsgruppe Kraus, angesiedelt am Leibnitz Institut für neue Materialien (INM), untersucht Hybridmaterialien. Die bioinspirierte Materialstrukturen helfen dabei, nachhaltige Materialien zu (er-)finden. In der Arbeitsgruppe wird erforscht, wie Hybridmaterialien gezielt durch Selbstanordnung und -organisation strukturiert werden können. Aus dieser Kombination resultieren verschiedene, mitunter scheinbar widersprüchliche Materialeigenschaften für Anwendungen in Elektronik, Optik und Sensorik.
Die Arbeitsgruppe del Campo, die ebenfalls am INM-Leibniz-Institut für Neue Materialien angesiedelt ist, synthetisiert biohybride Materialien mit eingebetteten lebenden Zellen als aktive Komponenten von synthetischen Matrizen mit dem Ziel, nicht lebende Materie mit lebensechten Fähigkeiten auszustatten. Solche lebenden Hybride werden für medizinische Anwendungen untersucht, beispielsweise als sich selbst erneuernde, Arzneimittel freisetzende Einheiten für die personalisierte Behandlung chronischer Krankheiten. Der Campus der Universität des Saarlandes beherbergt den Leibniz-Wissenschafts Campus "Lebende therapeutische Materialien", der sich diesem Thema widmet.

Nanopartikel dienen in modernen Materialien als Bausteine für die unterschiedlichsten funktionalen Materialien. Die Herstellung von diesen Grundbausteinen erfordert häufig sehr spezielle Synthesewege und besondere Strategien für deren Oberflächenmodifikation, welche in den Arbeitsgruppen Kickelbick und Kraus ausgearbeitet werden.
Zum Einsatz kommen dabei auch neue Synthesekonzepte, wei beispielsweise die Herstellung von Materialien durch mechanochemische Ansätze oder die kontinuierliche Synthese von Nanopartikeln.