ISBN 9783843956529

978-3-8439-5652-9, Reihe Mikrosystemtechnik

Alexander Bleiziffer
Polymernetzwerke neu gedacht: CHic als Schlüssel zur gezielten Oberflächenmodifikation und autonomen Reparatur

341 Seiten, Dissertation Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau (2025), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Die Vernetzung polymerer Beschichtungen spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung funktionaler Oberflächen auf unterschiedlichsten Materialien. Die C,H-Insertionsvernetzung (CHic) bietet hierfür einen besonders vielseitigen Ansatz: Diese Arbeit zeigt, wie das Potenzial der CHic-Chemie durch gezielte molekulare Gestaltung reaktiver Copolymere erweitert werden kann.

Die räumlich kontrollierte Erzeugung oberflächengebundener Polymernetzwerke gelang durch thermische Strukturierung diazogruppenhaltiger Polymere. Ein beheizter Stempel wird in direkten Kontakt mit einem auf dem Substrat aufgebrachten Copolymer gebracht, wodurch das Stempelprofil in den Polymerfilm übertragen wird. Darüber hinaus wurden maskenlose Techniken untersucht: Sowohl ein handelsüblicher 3D-Drucker mit modifizierter Kugelschreiberspitze als auch thermische Rastersondenlithographie (t-SPL) ermöglichten eine direkte, maskenfreie Vernetzung bis in den Nanometerbereich.

Zur Bekämpfung von Beschlagbildung – einem Problem für transparente Oberflächen im Sicherheits- und Medizinbereich – wurden Copolymere entwickelt, die hydrophile, ionische Wiederholungseinheiten mit Photocrosslinkern kombinieren. Damit beschichtete Oberflächen zeigen filmbasierte Kondensation, behalten ihre optische Transparenz, sind widerstandsfähig gegen mechanische und chemische Belastungen und härten unter sichtbarem Licht oder Sonnenlicht ohne spezielle Ausrüstung aus. Sie lassen sich leicht regenerieren durch erneutes Auftragen.

Inspiriert von biologischen Systemen wie Latexkoagulation und Blutgerinnung wurde ein selbstversiegelndes Polymersystem entwickelt. Bei Perforation tritt die Lösung aus und kann durch Bestrahlung vernetzt werden, sodass das Leck verschlossen wird. Für eine autonome Abdichtung kann die Reaktion entweder im Sonnenlicht erfolgen oder durch einen Leitfähigkeitssensor ausgelöst werden, der bei Leckage eine Lichtquelle aktiviert.