Selbstheilung nach dem Vorbild der Natur: Exozytose-artige Wiederherstellung der morphologischen und optischen Eigenschaften von Membranen und Grenzflächen aus selbst-angeordneten Fluorophoren

Friedrich-Schiller-Universität Jena

In unserem neuartigen Ansatz zur künstlichen Selbstheilung dient die Verschmelzung von Phospholipiddoppelschichten während der natürlichen Exozytose als Vorbild. Dieses auf molekularer Amphiphilie basierende Prinzip soll auf neuartige Chromophore übertragen werden. Entsprechende selbstorganisierte Farbstoffschichten werden im Rahmen des beantragten Projektes als Aktivschichten in organischen Leuchtdioden (OLEDs) eingesetzt, deren Lebensdauer durch Exozytose-artige Selbstheilung entscheidend verlängert werden soll.Die Amphiphilie wird durch polare Funktionalisierung photostabiler Thiazole erreicht. Strukturvariationen erlauben die Steuerung des Gleichgewichtes zwischen Farbstoffen innerhalb der Lösung und innerhalb der selbstorganisierten Aktivschicht als Grundvoraussetzung zur Optimierung Exozytose-artiger Selbstheilung. Die entsprechenden Unterschiede in der Gibbsschen freien Energie zwischen diesen Zuständen werden mittels hoch-effizienter Quantenchemieprogramme für die zur Synthese in Betracht gezogenen Moleküle zuverlässig vorhergesagt.Um Exozytose-artige Selbstheilung im Bauteil zu realisieren, ist ein Kontakt zwischen selbstorganisierter Aktivschicht und einer flüssigen Phase zum Austausch von degradierten durch unversehrte Farbstoffe in der Aktivschicht notwendig. Die Reservoir-Lösung wird von Substrat-Mikrostrukturen aufgenommen und mit der Aktivschicht kontaktiert. Für ein tiefgreifendes Verständnis und eine gezielte Optimierung von Exozytose-artiger Selbstheilung zur Wiederherstellung von Lumineszenzeigenschaften steht zuerst photoangeregte Lumineszenz (PL) im Forschungsfokus, da die Aktivschicht dann für optische und spektroskopische Untersuchungen leicht zugänglich ist. Die Heilung von mechanisch oder chemisch verursachtem Schaden kann online über unseren PL-Imaging-Messplatz verfolgt werden, der für die Detektion von Defektstellen-Signaturen im NIR optimiert wurde. Die komplementäre Charakterisierung von Defektzuständen und die Identifizierung von PL-Deaktivierungskanälen mittels zeitaufgelöster PL-Spektroskopie/-Mikroskopie erlaubt ein tieferes Verständnis der zu heilenden Degradationen. Die anhand der PL-Studien für Selbstheilung optimierten Farbstoffe und Substrat-Mikrostrukturen werden anschließend zur Realisierung selbst-heilender OLEDs eingesetzt. Diese sollen eine deutlich erhöhte Lebensdauer aufweisen als entsprechende Leuchtdioden ohne Exozytose-artige Selbstheilung.Durch unsere geplanten Arbeiten innerhalb des SPP1568 erhoffen wir uns eine Stärkung der Selbstheilungsforschung, insbesondere durch den Beitrag unserer Expertise zur Synthese und Selbstorganisation amphiphiler Farbstoffen, für zuverlässige Vorhersage thermodynamischer und spektroskopischer Eigenschaften, bezüglich Charakterisierung und Abscheidung hoch geordneter Monolagen mittels der Langmuir-Blodgett-Technik, für NIR-sensitive Spektroskopie von Defektzuständen in dünnen Filmen sowie Herstellung und Charakterisierung optoelektronischer Bauelemente.