Multikomponenten-Aerogele mit maßgeschneiderter Nano-, Mikro- & Makrostruktur (MAEROSTRUC)

Beschreibung

Aerogele und Hydrogele aus Nanokristall-Bausteinen sind eine faszinierende neue Klasse von Materialien mit extrem geringer Dichte und hoher spezifischer Oberfläche, die teilweise die vorteilhaften Eigenschaften ihrer nanoskopischen Bausteine aufweisen (z.B. größenquantisierte Fluoreszenz oder katalytische Aktivität). In diesem Projekt sollen Mehrkomponentengele mit kontrollierten mechanischen Eigenschaften, plasmonenverstärkter Fluoreszenz, photokatalytischen Eigenschaften und kontrollierten Leitfähigkeitseigenschaften synthetisiert werden. Diese neuen Materialien sollen nicht nur die nanoskopischen Eigenschaften ihrer Bausteine zeigen, sondern auch neue Eigenschaften aufweisen, die weder die Nanopartikel, noch das Bulk-Material besitzen. Dies wird z.B. aufgrund nanoskopischer Wechselwirkungen zwischen den Materialien oder aufgrund synergetischer Effekte durch entsprechende Materialkombinationen erreicht.

Syntheserouten für nano-, mikro- und makrostrukturierte Nanokristallhydrogele und -aerogele sollen entwickelt werden. Die Nanostrukturierung umfasst die Weiterentwicklung der kolloidalen Nanokristallsynthese, sowie postsynthetische Gelmodifizierungen. Mikrostukturierung beinhaltet die Synthese von Multikomponentengelen mit definierten Kontaktpunkten des Materials und interkalierender Mehrkomponentengele. Makrostrukturierung wird durch die Implementierung der Gelierungstechniken in 3D-Druckverfahren erreicht, sowie Geldeformation durch externe Impulse. So kann die generelle Anwendbarkeit von Gelen verbessert werden.

Die entwickelten Materialien sollen auf verschiedene physikochemische Effekte und somit auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sein. Während sich dieses Projekt auf die Synthese dieser neuen Materialien mit definierten physikalisch-chemischen Effekten konzentriert, werden die Ergebnisse viele verschiedene Forschungs- und Anwendungsbereiche, wie Elektroden und Batterien, Sensoren, Photokatalyse und Katalyse, Solarzellen, Luft- und Solarbatterien, und sogar Membranen und Touch-Screen-Geräte, beeinflussen.