Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ordnung wie von Geisterhand

29.08.2012
Materialwissenschaftler der Universität Jena erzeugen naturnahe Nanostrukturen
Viele Autofahrer träumen davon: Kein Wagenwaschen mehr, weil das Wasser an der Karosserie abperlt und wie von Geisterhand geführt den Schmutz mitnimmt. Dieses Lotuseffekt genannte Phänomen existiert in der Natur bei der Lotuspflanze. Verantwortlich dafür, dass die Schmutzteilchen nicht mehr an der Oberfläche haften, ist ihre komplexe nanostrukturierte Oberfläche.

Doch sind Strukturen im Nanobereich – ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter, also dem hunderttausendsten Teil eines menschlichen Haares – nur sehr schwer technologisch herzustellen. Mit herkömmlichen fotolithografischen Methoden lassen sich bisher zum Beispiel Nanostrukturen bis in die Größenordnung von 100 nm herstellen, allerdings zu hohen Preisen. Daher ist es sinnvoll, die natürlichen Vorbilder – etwa die molekulare Selbstorganisation – technologisch nachzubilden. Materialwissenschaftlern der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist es nun gelungen, solche Nanostrukturen auf der Oberfläche von ultra-dünnen Filmen zu erzeugen und mittels verschiedener Messtechniken nachzuweisen. Ihre Ergebnisse haben die Jenaer Forscher um Prof. Dr. Klaus D. Jandt in der angesehenen amerikanischen Fachzeitschrift „Macromolecules“ veröffentlicht.

Materialien, die der Natur ähnliche molekulare Selbstorganisationseigenschaften aufweisen, sind unter anderem die Block-Copolymere. Block-Copolymere bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Polymerketten, die Blöcke genannt werden und miteinander verbunden sind. „Die Kette eines Block-Copolymers kann man sich vereinfacht wie einen Spaghetti vorstellen, der zur Hälfte rot und zur anderen Hälfte blau ist“, erläutert Dipl.-Ing. Robert Schulze von der Friedrich-Schiller-Universität. „Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften versuchen die beiden Blöcke, sich gegenseitig so wenig wie möglich zu berühren. Stellt man sich nun einen ganzen Teller dieser rot-blauen Spaghetti vor, so würden sich die roten Hälften nur mit anderen roten Hälften umgeben und die dazugehörigen blauen Hälften nur mit anderen blauen Hälften“, sagt der Doktorand am Lehrstuhl für Materialwissenschaft. Derartige Prozesse werden als Phasenseparation bezeichnet. Da dieser Prozess bei Block-Copolymeren allerdings auf molekularer Ebene stattfindet, wird dies wissenschaftlich als Mikrophasenseparation bezeichnet, bei der im Ergebnis wie von Geisterhand selbstorganisierte Nanostrukturen entstehen. Die vielfältigen Formen und die Größe dieser Nanostrukturen hängen direkt von den Längen der einzelnen Blöcke ab.

Kleine Proben von Copolymer-Dünnschichtfilmen, auf denen Materialwissenschaftler der Uni Jena nanostrukturierte Oberflächen erzeugt haben. Im Hintergrund ist eine mikroskopische Aufnahme der Nanostrukturen zu sehen.

Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Die Materialwissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität Jena nutzen diese Block-Copolymere als Beschichtungen, um selbstorganisierte nanostrukturierte Oberflächen zu erzeugen und zu verstehen. Dabei werden Block-Copolymere mit einer sehr kurzen Kettenlänge verwendet, bei denen beide Blöcke kristallisieren können. „Eine Besonderheit dieser kristallisierbaren Block-Copolymere besteht darin, dass die Kristallisation die Mikrophasenseparation überschreiben kann, wodurch neuartige, bisher unbekannte Nanostrukturen entstehen können“, erläutert Prof. Jandt. Die Größe dieser Nanostrukturen hänge direkt von der ausgestreckten oder ganzzahlig gefalteten Kettenlänge ab. Jandts Team ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf der Oberfläche von ultra-dünnen Filmen zu erzeugen und mit oberflächensensitiven Messtechniken nachzuweisen.

„Einzigartig an diesen Dünnfilmen ist, dass aufgrund des verwendeten Block-Copolymers asymmetrisch-lamellare Nanostrukturen auf den Dünnfilmoberflächen erzeugt werden konnten, was mit herkömmlichen nicht-kristallisierbaren Block-Copolymeren unmöglich ist“, sagt Jandt. Darüber hinaus habe das untersuchte Block-Copolymer ein bisher unbekanntes Filmbildungsverhalten auf chemisch unterschiedlichen Oberflächen gezeigt, was unter anderem durch die kurze Kettenlänge ausgelöst wird. „In Zukunft soll dies unter anderem als Modellsystem zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Proteinen und nanostrukturierten Oberflächen genutzt werden“, so Jandt weiter. Ein Ziel ist dabei, die Proteinanlagerung gezielt zu beeinflussen oder gar ganz zu unterbinden. „Derartige Beschichtungen sind insbesondere für medizintechnische Anwendungen oder für Strukturen in Polymer-Solarzellen zur Erzeugung regenerativer Energien von bedeutendem Interesse“, ergänzt der Jenaer Materialwissenschaftler, der zwar auch gerne sein Auto per Lotuseffekt gesäubert sähe, aber v. a. Grenzflächen zwischen Materialien und Lebewesen erforscht.

Original-Publikation:
Robert Schulze et al.: Extended-Chain Induced Bulk Morphologies Occur at Surfaces of Thin Co-Oligomer Films Macromolecules, 2012, 45 (11), pp 4740–4748, DOI: 10.1021/ma300643m

Kontakt:
Prof. Dr. Klaus D. Jandt
Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Lehrstuhl für Materialwissenschaft
Löbdergraben 32, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947730
E-Mail: k.jandt[at]uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen
19.10.2017 | Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science

nachricht Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise