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 Nicht nur für die Medizintechnik – neue Methoden zur Silikonisierung von Oberflächen
12.04.2019 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Nano-Komposition: Neues Syntheseverfahren für Katalysator-Materialien
04.04.2019 | Technische Universität Graz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Explosion on Jupiter-sized star 10 times more powerful than ever seen on our sun

A stellar flare 10 times more powerful than anything seen on our sun has burst from an ultracool star almost the same size as Jupiter

  • Coolest and smallest star to produce a superflare found
  • Star is a tenth of the radius of our Sun
  • Researchers led by University of Warwick could only see...

Im Focus: Neues „Baustein-Konzept“ für die additive Fertigung

Volkswagenstiftung fördert Wissenschaftler aus dem IPF Dresden bei der Erkundung eines innovativen neuen Ansatzes im 3D-Druck

Im Rahmen Ihrer Initiative „Experiment! - Auf der Suche nach gewagten Forschungsideen“
fördert die VolkswagenStiftung ein Projekt, das von Herrn Dr. Julian...

Im Focus: Vergangenheit trifft Zukunft

autartec®-Haus am Fuß der F60 fertiggestellt

Der Hafen des Bergheider Sees beherbergt seinen ersten Bewohner. Das schwimmende autartec®-Haus – entstanden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung...

Im Focus: Hybrid-Neuronen-Netzwerke mit 3D-Lithografie möglich

Netzwerken aus wenigen Neuronenzellen können gezielt künstliche dreidimensionale Strukturen vorgegeben werden. Sie werden dafür elektronisch verschaltet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Fehler in neuralen Netzwerken besser zu verstehen und technische Anwendungen mit lebenden Zellen gezielter zu steuern. Dies stellt ein Team aus Forschenden aus Greifswald und Hamburg in einer Publikation in der Fachzeitschrift „Advanced Biosystems“ vor.

Eine der zentralen Fragen der Lebenswissenschaften ist, die Funktionsweise des Gehirns zu verstehen. Komplexe Abläufe im Gehirn ermöglichen uns, schnell Muster...

Im Focus: Was geschieht im Körper von ALS-Patienten?

Wissenschaftler der TU Dresden finden Wege, um das Absterben von Nervenzellen zu verringern und erforschen Therapieansätze zur Behandlung von ALS

Die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) ist eine unheilbare Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nicht selten verläuft ALS nach der Diagnose innerhalb...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Irdischer Schutz für außerirdisches Metall

18.04.2019 | Verfahrenstechnologie

Erster astrophysikalischer Nachweis des Heliumhydrid-Ions

18.04.2019 | Physik Astronomie

Radioteleskop LOFAR blickt tief in den Blitz

18.04.2019 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics