Die moderne Polymerforschung erblickt einen neuen Hoffnungsschimmer. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Michael Gottfried von der Philipps-Universität Marburg hat einen Durchbruch erreicht, der die Herstellung von ultralangen Ketten des leitfähigen Polymers Poly(p-phenylene) (PPP) revolutionieren könnte. Dabei wird eine innovative Methode der ringöffnenden Polymerisation auf Kupferoberflächen eingesetzt, um diesen Fortschritt zu realisieren. Laut uni-marburg.de zielt die Forschung darauf ab, die Kettenlängen von bislang maximal knapp einem Mikrometer erheblich zu steigern. Statistisch lag der häufigste Wert bisher bei rund 170 Nanometern, während in diesem neuen Prozess Ausreißer bis nahe 1.000 Nanometern möglich sind.
Der Prozess der ringöffnenden Polymerisation
Aber was steckt hinter der ringöffnenden Polymerisation? Diese Methode ist eine spezielle Form der Kettenpolymerisation, bei der cyclische Monomere durch Bindungsbruch in ein lineares Polymer überführt werden. Die treibende Kraft ist die Verminderung der Ringspannung im Monomermolekül. Dabei entstehen keine neuen energetisch günstigeren Bindungen und der Entropieverlust wird nicht durch Abkondensieren eines niedermolekularen Nebenprodukts ausgeglichen, wie Wikipedia erklärt. Ein Klassiker unter den Anwendungen ist die Polymerisation von ε-Aminocaprolactam zu Polyamid 6, besser bekannt als Perlon.
Mit dem neuen Prozess kann das Team auf halogenfreie Methoden zurückgreifen, die keine störenden Nebenprodukte erzeugen. Dies ist besonders wichtig in einer Zeit, in der Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit großgeschrieben werden.
Innovative Anwendungen und Perspektiven
Die aus ultralangen PPP-Ketten gewonnenen Materialien eröffnen diverse Anwendungsmöglichkeiten in modernen Technologien. Diese reichen von molekularen Halbleiterbauelementen über organische Transistoren bis hin zu neuartigen Halbleiter-Nanobändern. Durch gezieltes Erhitzen können auch Kohlenstoff-Nanobänder mit Längen von bis zu etwa 40 Nanometern erzeugt werden. Diese Flexibilität und Anpassungsfähigkeit lässt sich auch in der ringöffnenden Polymerisation beobachten. Hier können je nach Art der Monomere verschiedene Polymerstrukturen mit genau definierten Eigenschaften entstehen, was für die Industrie besonders interessant ist. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig: von Biokunststoffen über Medikamententräger bis hin zu speziellen Beschichtungen, wie ai-futureschool.com berichtet.
Das richtige Forschungsumfeld
Die Erfolge dieser interdisziplinären Arbeit sind nicht zuletzt auf die Zusammenarbeit zwischen den Universitäten Marburg und Gießen zurückzuführen, die im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts „Principles of On-Surface Synthesis (PriOSS)“ gefördert wird. Mit hochauflösenden Techniken wie der Rastertunnelmikroskopie (STM) und der nicht-kontaktierenden Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) wird die Präzision der Bindungen sichtbar gemacht, während Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und NEXAFS-Messungen die chemischen Veränderungen während der Reaktion belegen.
Mit diesen Techniken und dem innovativen Ansatz könnte die Zukunft der Polymerwissenschaften aufregende neue Wege gehen. In einer Welt, in der maßgeschneiderte Materialien immer wichtiger werden, könnte diese Forschungsrichtung eine entscheidende Rolle spielen.