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Privatdozent Dr. Robert Magerle nahm
kürzlich einen Ruf nach Chemnitz an
(Uni-Pressestelle Bayreuth)
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Bayreuth (UBT). Man stelle sich Tänzer vor,
entweder schwarz oder weiß gekleidet, mit extrem langen
spaghettiartigen Armen, wobei jeder schwarze Tänzer fest die Hand
eines weiß gekleideten hält. Dies ist eine Analogie zu den von der
Nachwuchsforschergruppe des Bayreuther Physikers Privatdozent Dr.
Robert Magerle (Bild) untersuchten Molekülen: Blockcopolymere sind
langkettige Makromoleküle, die aus zwei chemisch unterschiedlichen
Teilen bestehen und so lang und flexibel sind, daß sie völlig
ineinander verschlungen sind, ähnlich wie frisch gekochte Spaghetti.
Die Unordnung macht es unmöglich zu erkennen, zu welchem Tänzer ein
bestimmter Arm gehört. Aus der Ferne betrachtet, wenn einzelne Tänzer
nicht mehr unterscheidbar und nur ein mittlerer Farbton erkennbar ist,
wird jedoch ein regelmäßiges Muster sichtbar. An manchen Bereichen der
Tanzfläche sind mehr schwarze Tänzer als weiße und umgekehrt. An
diesem Phänomen fasziniert, dass es auf einer sehr einfachen Regel
beruht: "Gleich und gleich gesinnt sich gern". Im Fall der
Blockcopolymere werden die Bereiche, an denen sich gleichartige Tänzer
gruppieren, Mikrodomänen genannt und sie können unterschiedliche
Formen annehmen, wie Kugeln, Stäbe, Lamellen und komplizierte
Strukturen, je nach der Art und der Architektur der Moleküle.
In der aktuellen Arbeit der Bayreuther Forscher mit Kollegen von der
Universität Leiden (Holland), die in der Dezember-Ausgabe von Nature
Materials veröffentlicht wird, haben sie mit Rasterkraftmikroskopie
die Musterbildung in einem dünnen Film von Blockcopolymeren gefilmt.
In der Analogie des Tanzes entspricht der dünne Film einer Situation,
in der die Tänzer auf eine schmale, korridorartige Tanzfläche
eingeschränkt sind. Hier bilden sich neue Muster, die völlig anders
sind als die, die sich auf einer unbegrenzt großen Tanzfläche bilden
würden. Die Wissenschaftler beobachteten, wie Stäbe ihre Orientierung
ändern und wie sie sich in ein neues Muster umwandeln, das als
perforierte Lamelle bezeichnet wird. Die diesem Prozeß zugrunde
liegenden physikalischen Prinzipien entsprechen der Choreographie des
Formationstanzes.
Eine Computersimulation enthüllt diese Choreographie, indem sie alle
elementaren Schritte der Musterumwandlung sehr detailliert wiedergibt.
Erstaunlicherweise, so die am Lehrstuhl Physikalische Chemie II
angesiedelten Forscher, ist die Choreographie recht einfach und
basiert nur auf lokalen Regeln. Die Breite des Korridors und wie sehr
eine Art Tänzer die Nähe der Wände bevorzugt sind die beiden Parameter
die das Muster bestimmen. Wenn einer dieser beiden äußeren Parameter
sich ändert, findet eine Musterumwandlung statt, bei der jeder
einzelne Tänzer einer lokalen Regel folgt: Er versucht sich in einen
Bereich zu bewegen in dem sich mehr Tänzer seiner Art befinden, wobei
er jedoch immer seinen ungleichen Partner festhält.
Die Wissenschaftler erwarten, dass ihre Ergebnisse in verschiedenen
Bereichen Auswirkungen haben werden, da Blockcopolymere und
nanostrukturierte Flüssigkeiten in Natur und Technik sehr häufig sind.
Sie sind die physikalisch-chemische Grundlage für die Strukturbildung
in lebenden Zellen und sie sind sehr oft in pharmazeutischen
Produkten, Kunststoffen und vielen anderen Anwendungen zu finden.
Die von Robert Magerles Forschergruppe vorgestellten Methoden und das
Computermodell können verwendet werden, um in diesen Materialien
Strukturbildungsprozesse zu untersuchen und vorherzusagen. Man
erwartet sich einen großen Einfluß auf die Nanotechnologie wo
Blockcopolymere als selbstorganisierte Template für die Herstellung
von anorganischen nanostrukturierten Materialien eingesetzt werden.
Zum Beispiel sollen bei der nächsten Generation von
Computerfestplatten mit Blockcopolymertemplaten strukturierte
magnetische Schichten verwendet werden, um die Speicherdichte und
Gesamtkapzität zu erhöhen.
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