Synthese maßgeschneiderter Partikel zur Kombination mit Präkursoren für die Herstellung poröser Architekturen und schaltbarer Opale

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Herstellung maßgeschneiderter, polymerbasierter CIS-Partikel als Porenbildner und für schaltbare Opale gezeigt werden. Dabei stellte die starved-feed Emulsionspolymerisation ein universelles Werkzeug dar, um monodisperse Partikel mit definiertem Durchmesser, sowie einem idealen Kern-Schale-Verhältnis und gezielt eingestellter Monomerzusammensetzung zu synthetisieren. Für die Entwicklung poröser Keramiken wurden polymere Partikel synthetisiert, die folgend zu nanokompositären Partikeln umgesetzt wurden. Dazu wurde die EP mit der ATRP und der Sol-Gel-Chemie kombiniert, um anorganische Präkursoren und präkeramische Polymere als Schalenmaterial zu etablieren. Durch thermischen Abbau der Kerne wurden einerseits poröse SiCN-Keramiken generiert, andererseits wurden poröse (gemischte) Metalloxide mit definierter Porenstruktur erzeugt, die vielversprechende Kandidaten für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien darstellen. Im Bereich der schaltbaren Opale wurden Saat-Polymerisationen im starved-feed Modus genutzt, um monodisperse CIS-Partikel herzustellen. Diese wurden mittels Extrusion additiviert und durch das Schmelze-Scherverfahren zu Opalen geformt. So wurden photonische, mechanochrome Materialien hergestellt, die zugleich durch den Einbau von Farbstoffen potentiell als Sicherheitsmerkmale eingesetzt werden können. In einem weiteren Projekt konnte gezeigt werden, dass eine Interaktion von Opalgittern mit Fotosäuren möglich ist.

Within the present work, the starved-feed emulsion polymerization was used to generate tailored polymer-based CIS-particles for the fabrication of stimuli-responsive, photonic opal films and for soft templating of porous materials. For this purpose, different colloids were successfully tailored and synthesized with respect to the intended application. For the fabrication of ordered porous materials, tailored CIS-particles were synthesized and further converted to nanocomposites using ATRP and sol-gel chemistry. As a result, inorganic precursors and preceramic polymers were established as shell materials for composite particles. Through thermal treatment, it was possible to generate porous SiCN ceramics as well as porous (mixed) metal oxides that are promising candidates for lithium-ion batteries. In the field of stimuli-responsive opal films, starved-feed seeded emulsion polymerization was used to generate monodisperse CIS-particle. After additivation and melt-shear organization, opal films were generated. Thus, photonic and mechanochromic dye-loaded materials were synthesized as potential candidates for anti-counterfeiting materials. On the other hand, the synergistic effect of crystalline opal structure and photo acids was shown.