Material
Welche molekularen Strukturen machen ein Material lumineszent, leitend oder schaltbar? Wie entstehen aus gezielt synthetisierten Molekülen funktionelle Festkörper mit definierten elektronischen und optischen Eigenschaften, und welche neuen Phänomene treten auf, wenn Materie auf die Nanoskala reduziert wird? Diese Fragen stehen im Mittelpunkt der Materialforschung im Department für Chemie und Biochemie. Forschende entwickeln neue Verbindungen und Materialien durch präzise Synthese, charakterisieren ihre Eigenschaften auf atomarer und nanoskopischer Ebene und verarbeiten sie zu funktionellen Schichten und Bauelementen. Das Spektrum reicht von konjugierten Polymeren und porösen Gerüstverbindungen über lumineszente Metallkomplexe und plasmonische Nanostrukturen bis hin zu halbleitenden Dünnschichten für Optoelektronik und Sensorik. So verbindet die Materialforschung im Department grundlegende Erkenntnisse der Festkörper- und Nanowissenschaften mit konkreten Perspektiven für Energietechnologie, Biophotonik und Informationsspeicherung.
Schwerpunkte im Bereich Material
Synthese
Die chemische Synthese ist der Ausgangspunkt jeder zielgerichteten Materialentwicklung: Erst durch die präzise Kontrolle von Reaktionsbedingungen, Molekülarchitektur und Funktionalisierungsstrategien entstehen Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Im Department werden unter anderem konjugierte Polymere und Hybridmaterialien, metallorganische und kovalente organische Gerüstverbindungen sowie lumineszente Koordinationsverbindungen mit f-Elementen synthetisiert. Die Syntheseforschung reicht dabei von der molekularen Ebene bis zur kontrollierten Abscheidung funktioneller Dünnschichten.
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Nano
Auf der Nanoskala bestimmen Größe, Form und Oberfläche eines Materials seine optischen, elektronischen und mechanischen Eigenschaften in einer Weise, die im Makroskopischen keine Entsprechung hat. Im Department werden plasmonische Nanostrukturen, ultraleichte poröse Aerogele und polymere Hybridnanokomposite synthetisiert und charakterisiert sowie Methoden zur kontrollierten Abscheidung von Dünnschichten auf atomarer Ebene entwickelt. Anwendungsperspektiven reichen von der Biophotonik und Nanomedizin über optische Sensorik bis zur Optoelektronik.
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Festkörper
Kristalline Feststoffe bilden die Grundlage für eine Vielzahl technologisch relevanter Materialien, von Energiespeichern und Katalysatoren bis hin zu Halbleiterbauelementen und Informationsträgern. Im Department werden neue anorganische Verbindungen, poröse Netzwerke wie metallorganische und kovalente organische Gerüstverbindungen sowie Verbindungen mit f-Elementen und ungewöhnlichen magnetischen oder optischen Eigenschaften synthetisiert und strukturell charakterisiert. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf photoschaltbaren Festkörpern, deren physikalische Eigenschaften sich durch Lichtreize reversibel verändern lassen.
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Halbleiter
Organische Halbleiter vereinen die elektronischen Eigenschaften anorganischer Materialien mit der chemischen Flexibilität organischer Moleküle und ermöglichen so die Herstellung großflächiger, leichtgewichtiger und kostengünstig prozessierbarer optoelektronischer Bauteile. Im Department werden neue halbleitende Verbindungen synthetisiert, in dünne Schichten verarbeitet und in organischen Leuchtdioden sowie Solarzellen erprobt. Die gezielte Einführung von Chiralität und die Abstimmung von Lumineszenzeigenschaften erschließen dabei neuartige Funktionen wie die Emission zirkular polarisierten Lichts.
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Photonik
Photonik befasst sich mit der Erzeugung, Führung und Detektion von Licht auf der Skala einzelner Moleküle und Nanostrukturen. Im Department entstehen lichtemittierende organische Verbindungen, miniaturisierte Lasersysteme für biologische Anwendungen und plasmonische Nanostrukturen, die optische Felder auf nanometrische Volumina konzentrieren. Die Forschung spannt einen Bogen von der Biophotonik und Optogenetik über integrierte optoelektronische Systeme bis zu ultrakurzzeitspektroskopischen Methoden zur Untersuchung dynamischer Licht-Materie-Wechselwirkungen.
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Komplexe
Koordinationsverbindungen entstehen, wenn Metallzentren von sorgfältig designten Liganden koordiniert werden und dabei charakteristische optische, magnetische oder katalytische Eigenschaften entwickeln. Im Department werden Komplexe mit Übergangs- und f-Elementen synthetisiert und strukturell charakterisiert, wobei die Lumineszenz durch gezielte Variation der Ligandenumgebung systematisch abgestimmt wird. Quantenchemische Ab-initio-Rechnungen liefern ein tiefes Verständnis der elektronischen Struktur dieser Verbindungen und unterstützen das rationale Design neuer Materialien.
