Lead
Eine der praktischsten Strategien um Materialien mit neuen Eigenschaften zu erzeugen, ist die Selbstassemblierung von chemischen Bausteinen in nanoskalige Strukturen. Die Bausteine selbstorganisierter Strukturen können aus kleinen Molekülen, Polymeren oder kolloidalen Partikeln bestehen. Besonders die Selbstassemblierung von Kolloiden bietet eine einfache Methode für die Herstellung komplexer, dreidimensionaler Materialstrukturen. Eine attraktive Klasse chiral-kolloidaler Bausteine sind Zellulose-Nanokristalle (CNCs), welche aus natürlichen, reichlich vorhandenen erneuerbaren Rohstoffen gewonnen werden. Eine im Vergleich zu anderen stabförmigen Nanopartikeln einzigartige Eigenschaft von CNCs ist die Bildung von Flüssigkristallphasen, deren Struktur bei der Herstellung von trockenen Filmen erhalten bleibt. Somit sind CNCs ein ideales Ausgangsmaterial für die Entwicklung neuartiger, poröser Materialien mit weiträumig chiraler Ordnung.

Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die systematische Untersuchung selektiver Endgruppenmodifikation der Zellulose-Nanokristalle mit dem Ziel, die Selbstassemblierung in Flüssigkristallphasen zu kontrollieren, sowohl in kolloidalen Lösungen, als auch in Filmen. Entsprechend werden die Enden von CNCs unterschiedlicher Kristallstruktur mit einer Reihe von verschiedenen Polymerketten modifiziert, sodass stabförmige Nanopartikel mit asymmetrischen und symmetrischen Formen entstehen. Schlussendlich werden die Flüssigkristalleigenschaften der modifizierten CNCs sowohl in unterschiedlichen Lösungsmitteln als auch in festem Zustand untersucht.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Die Einführung von Chiralität, oder Händigkeit, in solch poröse Feststoffe könnte zu wünschenswerten Eigenschaften für die Anwendung ergeben, zum Beispiel für asymmetrische Katalysatoren, enantioselektive Sorptionsmittel, Biosensoren und Optiken. Diese neuen Materialien könnten einen wichtigen Beitrag zur Überwindung gesellschaftlicher Herausforderungen leisten, wie beispielsweise im Gesundheitswesen, in der Energiewende und dem Klimawandel.