New ordered materials through assembly of heterogeneously charged nanoparticles
- Biotechnologie
- Nanowissenschaften und -technologie
Abstract
Die Materialien der Zukunft werden nicht länger mit traditionellen Top-Down-Methoden hergestellt. Stattdessen erlauben zukünftige Materialien eine Selbstorganisation ohne eingehende menschliche Intervention. Die Anweisungen für das Assembly ergeben sich aus der Natur der Kräfte, die zwischen den Bausteinen herrschen. Zukünftige selbstorganisierte Materialien könnten in der Photonik (z.B. in optischen Computern), medizinischen Geräten und Sensoren Anwendung finden und werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit biologischer Selbstorganisation benötigen. In den vergangenen Jahren wurden viele neuartige mikroskopische Bausteine, sogenannte Kolloide, entwickelt. Einige dieser Module weisen "Flecken" auf, wodurch sie nicht in alle Richtungen gleich reagieren - vergleichbar mit Lego-Steinen. Diese Art von Modul nennen Wissenschaftler "Patchy Colloids". Die Herausforderung besteht darin herauszufinden, wie diese Bausteine interagieren, um sie so zusammenzufügen, dass der gewünschte Aufbau entsteht. In diesem Projekt werden wir eine alltäglich Art gerichteter Interaktion untersuchen, die bisher wenig Aufmerksamkeit erfahren hat: Das Zusammenspiel heterogen geladener Partikel. Diese Interaktionen führen zu vielfältigem Verhalten, das nicht nur von der Richtung der Anziehung abhängig ist: auch die Abstoßung verhält sich anisotrop. Tatsächlich haben geladene Gebiete auf der Partikeloberfläche anziehende und abstoßende Gegenstücke: eine Besonderheit die dazu führt, dass sich diese Interaktionen als entscheidend für die völlige Kontrolle über den Selbstorganisationsprozess neuartiger Materialien erweisen könnten. Um den Gegensatz zu "normalen" sich anziehenden Patches hervorzuheben, werden heterogen geladene Partikel auch "Inverse Patchy Colloids" (IPC's) genannt. In Computersimulationen hat sich gezeigt, dass diese IPC's ein vielfältiges Assemblyverhalten an den Tag legen, das zu neuartigen Strukturen führt. Diese können entweder flach oder voluminös sein. Dieses Projekt hat einerseits die Produktion von Partikeln mit einer kontrollierten Anzahl von Patches an der Oberfläche zum Ziel und andererseits die theoretischen und experimentellen Untersuchungen ihrer kollektiven Selbstorganisation. Um diese Ziele zu erreichen, arbeiten drei Partner mit komplementärem Fachwissen zusammen und bilden das französisch-österreichische HotCHpot Konsortium. Gemeinsam werden Patchy Colloids in einem weiten Größenbereich produziert, charakterisiert und für experimentelle Interaktionsstudien verwendet. Der weit gestreute Größenbereich erlaubt die Anwendung sehr unterschiedlicher und komplementärer Techniken für die Charakterisierung des Selbstorganisationsverhaltens. Die experimentellen Daten werden mittels Computersimulation verglichen.
Mitarbeiter*innen
Peter van Oostrum
Priv.Doz.Dr. Peter van Oostrum
peter.van.oostrum@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-80205
Projektleiter*in
01.01.2018 - 30.06.2022
Konstantin Beitl
Dipl.-Ing. Konstantin Beitl B.Sc.
konstantin.beitl@boku.ac.at
Projektmitarbeiter*in
01.01.2018 - 30.06.2022
Michael van Ginkel
Dr. Michael van Ginkel
michael.van.ginkel@boku.ac.at
Projektmitarbeiter*in
01.10.2020 - 30.06.2022
BOKU Partner
Externe Partner
Technische Universität Wien
Dr Emanuela Bianchi
Partner
Université de Bordeaux I
Prof Serge Ravaine
Koordinator