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 Studie InLight: Einblicke in chemische Prozesse mit Licht
22.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Eigenschaften von Magnetmaterialien gezielt ändern
16.11.2016 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie