Sonderforschungsbereich 840

Von partikulären Nanosystemen zur Mesotechnologie

Thematik und Konzept des SFB 840

Im Bereich der Nanotechnologie ist es in den letzten Jahrzehnten gelungen, mit hoher Präzision hinsichtlich Monodispersität und Morphologiekontrolle, nanoskalige Baueinheiten mit gewünschten Eigenschaften herzustellen. Die wissenschaftlichen Durchbrüche auf der Nanoskala können bzw. müssen nun auf der Mesoskala genutzt werden, um neue Funktionalitäten und Anwendungen zu erschließen. Auf der komplexenen Mesoskala, wo Grenzflächen, Nicht-Gleichgewichtszustände und kooperative Wechselwirkungen eine dominierende Rolle spielen und zu hierarchischen Gefügen und Ensemblestrukturen führen, manifestieren sich in vielen Bereichen, weit über die molekulare und nanoskalige Ebene hinausgehend, für das makroskopische Verhalten relevante neue Materialeigenschaften.

Der Sonderforschungsbereich fokussiert folgerichtig auf mesostrukturierte Systeme, wobei „meso“ sich nicht ausschließlich auf eine Längenskala bezieht. Wir nutzen konzertierte und programmierte Wechselwirkungen jenseits der molekularen Ebene, jenseits des einzelnen Nanopartikels, um „Meso“eigenschaften auf der nächsten Hierarchieebene zu erzeugen. Die Entwicklung einfacher, praktikabler und daher skalierbarer Syntheseverfahren ist eine Kernherausforderung der Chemie, die selbstverständlich auch auf der Mesoskala ihre Gültigkeit behalten muss um eine technologische Umsetzung zu gewährleisten. Die Integration nanoskaliger Komponenten in funktionale Systembausteine auf der Mesoskala erweist sich als sehr kompliziert, ist aber dennoch essentiell, um das enorme Potenzial der Mesostrukturierung in zukünftigen Materialien und Technologien nutzbar zu machen. Die Erkenntnisse der ersten beiden Förderperioden haben uns zumindest in Teilbereichen in die Lage versetzt, die Komplexität, die zu den emergenten, Mesoskala-immanenten Funktionalitäten führt, zu durchdringen und so Kontrolle darüber zu erlangen.

Im SFB werden dazu

• wohldefinierte, funktionale, partikuläre Baueinheiten synthetisiert und auf der Einzelpartikelebene charakterisiert,

• für die Integration in funktionale Systembausteine kopplungsvermittelnde Elemente in die Bausteine implementiert,

• die Selbstorganisation dieser Bausteine zu und in mesoskopische Strukturen erforscht,

• die Wechselwirkungen in größeren und komplexeren Systemen und deren zugrundeliegenden Regeln untersucht,,

• neue Methoden der gezielten Mesostrukturierung entwickelt,

• das kollektive Zusammenwirken der einzelnen Bausteine in Funktionssystemen beleuchtet,

• auf emergente, bisher nicht realisierte „Mesoeigenschaften geprüftt

und damit die wissenschaftlichen Grundlagen für die Mesotechnologie geschaffen.