Nicolaus Rehse
Forschung (bis 2007)
Dynamik in dünnen BlockcopolymerfilmenMit Rasterkraftmikroskopie lässt sich die Mikrodomänendynamik an der Oberfläche flüssiger Blockcopolymerfilme beobachten. Dabei ordnen und rearrangieren sich Mikrodomänen, zum Beispiel bei Phasenumwandlungen zwischen verschiedenen Oberflächenrekonstruktionen. Rasterkraftmikroskopiefilme zeigen im Zeitraffer und mit 10 nm Auflösung die mesoskalige Dynamik und die Fluktuationen bei Phasenumwandlungen in einer konzentrierten Blockcopolymerlösung. Computersimulationen basierend auf dynamischer Dichtefunktionaltheorie (MesoDyn) erfassen die experimentellen Beobachtungen erstaunlich detailliert.
Mikromechanik von teilkristallinen Polymeren
Die mechanischen Eigenschaften von teilkristallinen Polymeren wie z.B. Polypropylen werden durch kristalline und amorphe (ungeordnete) Bereiche des Materials beeinflusst. Dabei spielen die Größe, der Anteil, die Orientierung und die Konnektivität der jeweiligen Bereiche eine große Rolle. Wir untersuchen das Verhalten der Mikrostruktur dieser Materialien auf der Nanometerskala, um mehr über die Beteiligung der einzelnen Phasen zu lernen.
Nanotomographie von Polyolefinen
Polyolefine sind thermoplastische Kunststoffe, die ausschließlich Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Am bekanntesten sind das Polyethylen (PE) und das Polypropylen (PP). Die Eigenschaften lassen sich durch gezielte Synthese, Zusatz von Additiven oder Verarbeitung über weite Bereiche variieren. Ziel unserer Untersuchungen ist es, die Mikrostruktur dieser Materialien aufzuklären, da viele der Eigenschaften auf diese Struktur zurückzuführen sind. In ersten Experimenten haben wir die dreidimensionale Volumenstruktur von PP aufgeklärt. Das Material besteht aus etwa 20 nm dicken, kristallinen Lamellen, die in eine weiche, amorphe Matrix eingebettet sind. Dadurch verhält sich dieser spezielle Kunststoff gummielestisch.
Um die Entstehung der Strukturen nachzuvollziehen, untersuchen wir auch die Kristallisation von Polyolefinen. Dabei wird eine Probe langsam abgekühlt, so dass man das Wachstum der Lamellen beobachten kann. Die Wachstumsprozesse, die man nur an der Oberfläche betrachten kann, werden anschließend mit Hilfe der dreidimensionalen Daten näher untersucht.
Nanotomographie an biologischen Materialien
Biologische Materialien haben einen komplexen hierarchischen Aufbau von der molekularen Skala, über die Nano- und Mikrometerskala bis hin zur makroskopischen Längenskala. Aus materialwissenschaftlicher Sicht kann Knochen als ein Verbundwerkstoff aus anorganischen Hydroxylapatitpartikeln aufgefasst werden, die in einer organischen Kollagenmatrix eingebettet sind. Die Struktur von nativem Knochen wird untersucht mit dem Ziel, die routinemäßige Abbildung von humanen Knochen mittels Nanotomographie zu etablieren. Von besonderem Interesse für das Verständnis von Struktureigenschaftsbeziehungen von Knochen sowie seiner Mikromechanik ist die hochauflösende Abbildung mechanischer Eigenschaften, wie sie nur mit der Rasterkraftmikroskopie möglich ist. Dafür werden geeignete Präparationstechniken, Ätzverfahren und Abbildungstechniken der Rasterkraftmikroskopie entwickelt.
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