Lichtgesteuerte Phasen von flüssigkristallinen Elastomeren in nanoporösen Festkörpern für Materialien mit anpassbarer Photoelastizität und Aktuatorik / PhotoNaS

Abbildung: Photoelastizität in einem nanoporösen Medium mit lichtgesteuertem Phasenverhalten von flüssigkristallinen Elastomeren auf der Einzelporskala. Die Beleuchtung mit UV- oder blauem Licht führt zu einem isotropen oder nematischen Zustand und damit zu einem positiven oder negativem Druck auf der Einzelporenskala. Dies führt zu einer photosensitiven Expansion bzw. Kontraktion des makroskopischen nanoporösen Festkörpers. Bild: TUHH/P. Huber

Selbstorganisierte Nanoporosität in Festkörpern, die harte Materie, wie z. B. Silizium, mit weicher Materie, z. B. Polymeren und Flüssigkristallen, kombiniert, bietet die Möglichkeit, Materialien mit neuartigen Morphologien zu bilden, die in Größe und Form maßgeschneidert sind und ihre Strukturen und Funktionen dynamisch an die Umgebung anpassen können. Die Nutzung neuer "nano"-physikalischer Hybride beginnt bereits, Technologien zu revolutionieren, die von der Wasserfilterung über die DNA-Sequenzierung bis zur Energiegewinnung, -umwandlung und -speicherung reichen. Trotz vieler theoretischer Arbeiten gibt es jedoch immer noch kein prädiktives Verständnis für das Design von stimuli-responsiven nanoporösen Materialien, was auf das komplexe Zusammenspiel von geometrischer Beschränkung und Weich-Hart-Grenzflächen-Wechselwirkungen sowie die extremen experimentellen Anforderungen zur Untersuchung von Materie in einzelnen Nanoporen zurückzuführen ist.
PhotoNaS zielt auf ein prädiktives Verständnis neuartiger photoelastischer Phasen, die durch photonische Stimuli aktiv und reversibel beliebig schaltbar sind. Es wird erwartet, dass die resultierenden Hybride ein durch Licht kontrollierbares aktorisches Verhalten aufweisen. PhotoNaS soll die Interaktion zwischen der TUHH, der UHH und dem HZG innerhalb des ZHM im Hinblick auf einen zukünftigen Sonderforschungsbereich (SFB) über reaktionsfähige und dynamisch adaptive Hybridmaterialien stärken. Somit wird es eine wichtige vorbereitende ZHM-Kooperation für die SFB-Initiative zu aktiv integrierten Materialien - AIMAt sein.