Bechleunigte Synthese hochporöser Beschichtungen

Abteilung Robotergestützte und Informationsbasierte Materialsynthese (RIMS)

Die chemische Funktionalisierung von Grenzflächen spielt in vielen Bereichen des täglichen Lebens eine große Rolle. So können beispielsweise Textilien oder Glasscheiben durch entsprechende Behandlung wasserabweisende Eigenschaften erhalten oder Oberflächen von Implantaten und Stents derart chemisch modifiziert werden, dass diese antibakterielle Eigenschaften aufweisen und zugleich Abstoßungsreaktionen des Körpers verhindern. Die Dicke dieser funktionellen Beschichtungen können dabei sehr dünn sein, im Extremfall bestehen sie aus nur einer Moleküllage (z.B. Selbstassemblierende Monolagen, SAMs).

Die Abteilung RIMS forscht an einer speziellen Form der Oberflächenbeschichtung, die aus dünnen Filmen bestehen, die auf Oberflächen-verankerten Metall-Organischen Gerüststrukturen (Surface-anchored Metal-organic Frameworks, SURMOFs) basieren. SURMOFs stellt eine hochporöse kristalline Materialklasse dar, die mittels Lage-für-Lage-Verfahren auf den Oberflächen unterschiedlicher Werkstoffe (Oxide, Glas, Metalle, Polymere) aufgewachsen werden. Diese Schichten dienen z.B. als hocheffiziente Speicher für Moleküle (Gase, Biomoleküle, Farbstoffe etc.), können in Form von Membranen zur Trennung von Gasen genutzt werden und finden als Beschichtungen von Sensoren Anwendung, um deren Sensitivität und Selektivität zu erhöhen.

Für viele Anwendungen müssen SURMOFs hohen Qualitätsansprüchen genügen (geringe Rauigkeit, hohe Transparenz, exakte kristalline Orientierung, Stabilität gegenüber Temperatur und chemischen Einflüssen). Um die Eigenschaften der SURMOFs zu optimieren, werden in der Abteilung RIMS robotergestützte Syntheseverfahren entwickelt und angewendet, die durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen eine zeitsparende, zielgerichtete, ressourcenschonende – und damit nachhaltige – autonome Materialentwicklung ermöglichen. Unterschiedliche oberflächenanalytische Methoden (IRRAS, XRD, AFM, ToF-SIMS, XPS, EDX, ESEM) dienen dabei der Qualtitätskontrolle. Der standardmäßige Einsatz elektronischer Laborbücher ermöglicht die Erstellung einer breiten Datenbasis, die für spätere Entwicklungen automatisiert ausgewertet werden können.

Arbeitsgruppen

                                                                                                                                     Kompetenz / Aufgabenfeld

Forschungsschwerpunkte

• Selbst-assemblierende Monolagen (SAMs)

   

• Metallorganische Gerüststrukturen (Metal-organic frameworks - MOFs)

   

• Oberflächencharakterisierung

   

• Oberflächenmodifizierung

Weitere Informationen

Artikel: Dünnstschichten - Maßgeschneiderte Organische Oberflächen