M. Gradzielski: Auf Magnetfeld und Temperatur reagierende Hybridmaterialien mit rheologischer Kontrolle: Zusammenspiel von magnetischen Nanopartikeln und einem Gel-Netzwerk in AC, DC und AC+DC Feldern gemessen mittels Hochfrequenz-SANS
Beschreibung
Thermoreversible Ferrohydrogele, mit in der Gel-Matrix eingelagerten magnetischen Nanopartikeln (NP), werden als archetypische skalenübergreifende und beeinflussbare Hybridmaterialien untersucht. Dabei ist das Ziel, die Wechselwirkungen zwischen NP und dem kristallinen Fasernetzwerk im AC und/oder DC magnetischem Feld zu untersuchen, um die Kontrolle und Modifikation ihrer makroskopischen rheologischen Eigenschaften zu ermöglichen.
Als Hauptcharakterisierungsmethode soll Kleinwinkel-Neutronenstreuung (SANS) in Anwesenheit eines AC und/oder DC Magnetfeldes dienen. Aufgrund des Zugangs eines breiten Beobachtungsbereichs im Nanometerbereich (Fibrillen, Partikelposition), der Möglichkeit dynamischer Messungen (bis zu 0.1µs) und selektiven Beobachtung einzelner Komponenten (durch Kontrastvariation und Einsatz von polarisierten Neutronen) ist SANS das Mittel der Wahl.
In diesem Rahmen werden zunächst wohldefinierte magnetische Nanopartikel (harte und weiche Magnete) mit variabler Größe hergestellt, die dann zur besseren Stabilisierung und Einbindung mit einer Silikahülle umgeben werden. Parallel werden Gelsystem durch Selbstaggregation aus möglichst biokompatiblen Komponenten hergestellt, mit variabler Gelstärke und –struktur.
Die Steifigkeit des Netwerkes und die Adhesionskraft an NP-Faser-Knotenpunkten werden durch die Wahl des Gelators und der Funktionalisierung gesteuert. Mit ändernder Knotenanzahl und -stärke werden Rotations- und Translationsmöglichkeit der Partikel variiert, was relativ zur Amplitude und Frequenz des angelegten Feldes unterschiedliche Ergebnisse erwarten lässt. Dissipative Effekte und Thixotropie werden berücksichtigt.
Durch Anwendung von Tempertechniken können im Magnetfeld bestehende Strukturen fixiert oder gelöscht werden, was die Möglichkeit zu reversiblen Strukturspeicherungen eröffnet.
Oben: TEM Aufnahmen von monodispersen würfelförmigen Fe3O4 Nanopartikeln (links), die mit einer Silikaschicht überzogen werden können (rechts). Unten: SANS Kurven für Gele mit konstanter Konzentration von 300 mM oleate (T =25°C)
Projektleiter
Prof. Michael Gradzielski, Technische Universität Berlin
Projektmitarbeiter
Sarah Schatte, Technische Universität Berlin
Förderzeitraum
2013 -
Publikationen
[1] Wiedenmann, A.; Keiderling, U.; Meissner, M.; Wallacher, D.; Gahler, R.; May, R. P.; Prevost, S.; Klokkenburg, A.; Erne, B. H. & Kohlbrecher, J. Low-temperature dynamics of magnetic colloids studied by time-resolved small-angle neutron scattering Physical Review B, 2008, 77 DOI:10.1103/PhysRevB.77.184417
[2] Wiedenmann, A.; Gähler, R.; Dewhurst, C. D.; Keiderling, U.; Prévost, S. & Kohlbrecher, J. Relaxation Mechanisms in Magnetic Colloids Studied by Stroboscopic Spin Polarised SANS Physical Review B, 2011, 84 (21), 214303 DOI:10.1103/PhysRevB.84.214303
[3] Wiedenmann, A.; Gähler, R.; May, R. P.; Keiderling, U.; Habicht, K.; Prévost, S.; Klokkenburg, M.; Erné, B. & Kohlbrecher, J. Eckold, G.; Schober, H. & Nagler, S. E. (Eds.) Stroboscopic Small Angle Neutron Scattering Investigations of Microsecond Dynamics in Magnetic Nanomaterials Springer Series in Solid-State Sciences, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010, 161, 241-263 DOI:10.1007/978-3-642-03309-4_9
[4] Klee, A.; Prevost, S.; Kunz, W.; Schweins, R.; Kiefer, K. & Gradzielski, M. Magnetic microemulsions based on magnetic ionic liquids Physical Chemistry Chemical Physics, 2012, 14, 15355-15360 DOI:10.1039/c2cp43048g
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