Sonderforschungsbereich 481

    Komplexe Makromolekül- und Hybridsysteme in inneren und äußeren Feldern

Zusammenfassung

Der SFB 481 beschäftigt sich mit komplexen Makromolekülsystemen, Kolloiden und anorganisch-organischen Hybridmaterialien, die durch Selbstorganisation auf unterschiedlichen Längenskalen teilgeordnete Strukturen bilden. Das wissenschaftliche Programm umfasst dabei das gesamte Spektrum von der Synthese neuer Makromoleküle und kolloidaler Systeme über deren Charakterisierung und Untersuchung bis hin zur theoretischen Modellbildung und Computersimulation. Dem Verständnis der zugrunde liegenden Strukturbildungsprozesse, die oft durch das Wechselspiel verschiedener Ordnungsprinzipien charakterisiert sind, kommt hierbei eine zentrale Rolle zu.

Wesentlich für die hier untersuchten Systeme ist das Wechselspiel verschiedener innerer und äußerer Felder bei der Strukturbildung, wobei es zum einen um die Orientierung in äußeren elektrischen und magnetischen Feldern geht, zum anderen um die Strukturbildung durch Grenzflächen und innere Felder, wie sie z.B. durch geladene Moleküle erzeugt werden. Aufbauend auf Erkenntnissen, die in vorangegangenen Förderperioden erzielt wurden, soll verstärkt die Dynamik der Strukturbildung untersucht werden. Die so gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse werden in Hinsicht auf makroskopische Funktionen und den Einsatz der Systeme in nutzbaren Materialien bzw. Bauteilen weiterentwickelt. Auf diese Weise schlägt das Arbeitsprogramm des SFB 481 den Bogen von der Synthese, Beobachtung und Analyse einzelner, komplexer Makromoleküle bis hin zu neuen Materialien und neuen elektrooptischen Bauteilen.

Typische Beispiele für Systeme, in denen die Selbstorganisation durch teilweise konkurrierende innere Felder vermittelt wird, sind komplexe Block- und Pfropfcopolymere, deren Komponenten flüssigkristalline Mesogenene, teilkristalline Polymere, ionenhaltige Polymere oder optisch schaltbare Gruppen enthalten können. In diesen Bereich fallen auch anorganisch- organische Hybridmaterialien, die auf der Basis supramolekular geordneter organischer Precursoren oder Mesophasen gebildet werden. In diesen Systemen führen die verschiedenen inneren Felder zu einer komplexen Hierarchie von Ordnungsstrukturen auf verschiedenen Längenskalen, die die makroskopischen Eigenschaften und die Funktion der Materialien wesentlich beeinflusst.

Neben der Selbstorganisation durch innere Felder kann die Ordnung auch durch zusätzliche äußere Felder beeinflusst werden. Beispiele dafür sind mechanische, elektrische und magnetische Felder und/oder die Wechselwirkung mit äußeren Grenzflächen. Die Nutzung äußerer Felder ist insbesondere von Bedeutung für die Herstellung defektarmer, makroskopisch orientierter Strukturen. Die Wechselwirkung komplexer, selbstorganisierter Makromolekülsysteme mit externen Feldern ermöglicht auch die Erzeugung und Nutzung neuartiger Eigenschaften und Funktionen. Typische Funktionen, die im Sonderforschungsbereich bearbeitet werden, sind: Ladungs- und Stofftransport, Brechungsindexmodulation, Elektronenübertragung und Lumineszenz.

Für die Herstellung, das theoretische Verständnis und die Nutzung von selbstorganisierenden Makromolekül- und Hybridsystemen ist eine interdisziplinäre Durchdringung der chemischen, physikalischen und materialwissenschaftlichen Grundlagen unabdingbar. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 481 kooperieren Wissenschaftler der Universität Bayreuth aus den Bereichen der Makromolekularen Chemie, der Physikalischen Chemie, der Experimentalphysik, der Theoretischen Physik sowie der Materialwissenschaft. Zwei Drittel der Teilprojekte sind als fächerübergreifende Kooperationsprojekte konzipiert und werden von mindestens zwei Teilprojektleitern aus unterschiedlichen Fachrichtungen verantwortet. Diese enge Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachdisziplinen auf der Ebene der einzelnen Teilprojekte ist ein unverwechselbares Charakteristikum des Sonderforschungsbereichs 481.

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