Selbstheilung in konjugierten Polymeren - Synthese, mechanistische Studien und photophysikalische Eigenschaften

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Selbstheilende Polymere zeigen die bemerkenswerte Eigenschaft, dass ihre ursprüngliche Funktionalität nach Beschädigung (wenigstens partiell) wieder hergestellt wird. Diesbezüglich wurden in den vergangenen Jahren verschiedenste Ansätze untersucht, die es erlauben, eine solche Selbstheilung mechanischer Zerstörung in Materialien zu integrieren. Allerdings steckt die Untersuchung von Selbstheilungsprozessen bezogen auf nicht rein mechanische Eigenschaften, wie z.B. von optischen Eigenschaften oder der elektrischen Leitfähigkeit, noch in den Kinderschuhen. Hier setzt dieses Projekt an, das auf die Synthese und spektroskopische Charakterisierung von reversibel verknüpften konjugierten Oligomeren und Polymeren abzielt, deren Anwendungsperspektive in selbstheilenden Polymeren für optoelektronische Anwendungen liegen kann. Der in diesem Projekt verfolgte holistische Ansatz zielt nicht nur auf Synthese und spektroskopische Untersuchung der reversible verknüpften konjugierten Oligomere und Polymer sondern auch darauf ab, ein mechanistisches Verständnis der Selbstheilungsprozesse in solchen Polymerfilmen und -materialien zu erlangen. Neue reversible verknüpfte konjugierte Polymere werden basieren auf unterschiedlichen konjugierten Oligomeren synthetisiert. Die verwendeten reversiblen Verknüpfungseinheiten werden variiert, um funktionale Gruppen zu erhalten, die orthogonal zu den Degradationsprodukten der Polymere sind, und um die für die Selbstheilung notwendige Temperatur zu kontrollieren. Des Weiteren wird die photoinduzierte Exzitonendynamik in den Polymeren in Lösung mittels zeitaufgelöster Spektroskopie untersucht. Polymerfilme werden präpariert und unter kontrollierten Bedingungen, d.h. durch UV-Bestrahlung oder/und durch Oxidation an der Umgebungsluft, gealtert, um die dominierenden Degradationsprozesse von Polymeren in organisch-elektronischen Bauteilen nachzuempfinden. Die Selbstheilungseigenschaften der optischen Eigenschaften der Polymerfilme nach Degradation und einer Temperaturbehandlung der Materialien (entweder global oder durch ein zone-annealing-Verfahren) werden spektroskopisch charakterisiert. Hierzu wird die photoinduzierte Exzitonendynamik als Metrik für die Materialalterung und den nachfolgenden Heilungsprozess untersucht. Im Rahmen dieser Untersuchungen wird transiente-Absorption-Mikroskopie zur Untersuchung von selbstheilenden Polymeren eingeführt. Die spektroskopische Untersuchung der Exzitonendynamik in den ursprünglichen, den gealterten und den geheilten Polymerfilmen, erweitert somit den Fokus des Projekts von einer reinen Betrachtung mechanisch-struktureller Eigenschaften der Materialien und nimmt auch die (in Anwendungen der organischen Elektronik) funktionsbestimmenden optischen Eigenschaften der Polymere (und Polymerfilme) in den Blick. Damit wird das vorgeschlagene Projekt maßgeblich dazu beitragen, den wissenschaftlichen Fokus des Schwerpunktprogramms 1568 auf die Heilung von funktionellen Materialien zu erweitern.