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Forschungsabteilung Funktionale Grenzflächen

Wissenschaftliches Profil

Die Abteilung beschäftigt sich mit der Untersuchung insbesondere licht-responsiver funktionaler Grenzflächen zwischen Festkörpern und Molekülen. Die Grenzflächen werden mittels Nanotechnologie und molekularer Schichttechnologie hergestellt und materialwissenschaftlich und spektroskopisch charakterisiert. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht die Untersuchung von Struktur-Dynamik-Funktionsbeziehungen. Hierbei spannt die Abteilung den Bogen von der Untersuchung molekularer Systeme, besonders in komplexen Umgebungen, über dünne (auch molekulare) Schichten und Grenzflächen bis hin zu funktionalen Bauelementen. Eine besondere Rolle nehmen hierbei Halbleiter- und Metalloxidnanostrukturen ein, deren großes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis diese Strukturen für die Adsorption von Analytmolekülen und somit für sensorische Anwendungen aus dem Bereich der medizinischen- und Umweltanalytik prädestiniert.

Die Abbildung zeigt eine Küvette für Femtosekunden-zeitaufgelöste transiente Absorption Spektroelektrochemie. Kern der Küvette ist eine durchbohrte glassy carbon Elektrode, in deren Bohrung hohe elektrochemische Umsätze erzeugt und die generierte Spezies spektroskopiert werden können.
Die Abteilung erforscht photovoltaisch active dünne Schichten auf flexiblen Substraten wie z.B. Textilien. Anwendungs-szenarien dieser Technologie umfassen Energiekonversion aber auch die Entwicklung von Laserschutzvorhängen.

Forschungsthemen

  • Zeitaufgelöste und in-situ Spektroskopie

Spektroskopische Methoden zur Charakterisierung elektronisch angeregter Zustände stellen zentrale Ansätze in unserer Abteilung dar. Wir entwickeln in-situ spektroskopische Methoden, die Elektrochemie und optische Spektroskopie kombinieren, um z.B. die Photophysik von Intermediaten in Elektronentransferkaskaden zu untersuchen.

  • Optisch aktive molekular dünne Schichten

Die Kontrolle optischer und elektronischer Materialeigenschaften jenseits molekularer Derivatisierungen wird in der Abteilung durch supramolekulare Grenzflächenassemblierung realisiert. In-situ spektroskopische und mikroskopische Methoden erlauben das Studium der Bildung von Filmen und Untersuchung ihrer Eignung für Sensoren und Energiewandelsysteme.

  • Photoaktive Halbleiternanostrukturen

Wir beschäftigen uns mit modifizierten funktionalen Materialien und Grenzflächen sowie Halbleitern- und halbleitenden Oxiden. Wir untersuchen insbesondere deren Funktionalisierung und physikalisch-chemische Eigenschaften, deren Wechselwirkung mit Licht und mögliche Anwendungen in der lichtgetriebenen Wasserstofferzeugung. 

  • Dünnschichttechnologie

Eine breite wissenschaftliche und technologische Basis im Bereich der Dünnschichtabscheidung, der Lasermodifikation und der Nanostrukturierung ermöglicht der Abteilung funktionale Grenzflächen, maßgeschneiderte Nanostrukturen und komplexe Dünnschichtsysteme für vielfältige Untersuchungen und Anwendungen herzustellen.

Anwendungsbereiche

  • Molekular funktionalisierte photoresponsive Grenzflächen

Wir untersuchen licht-getriebene Elektronentransferprozesse an molekular funktionalisierten Halbleitergrenzflächen, wie sie in Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen oder in photoelektrochemischenphotoelektrochemischen Zellen Einsatz finden. Die Ableitung von Struktur-Dynamik-Funktionsbeziehungen erlaubt die iterative Optimierung solch photoaktiver Elektroden.

  • Smart Textiles

Funktionale Oberflächen, Nanostrukturen und Dünnschichtsysteme ermöglichen die Realisierung von Smart Textiles für die Energieerzeugung, die Sensorik, Sicherheitsanwendungen und in den Bereichen der Medizin, des Life Styles und der Assistenzsysteme.

  • Photokatalyse

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs CataLight (SFB/TRR 234) erforschen wir die Wirkmechanismen von molekularen Photokatalysatoren in weicher Materie und die Herstellung von Halbleiternanostrukturen, die in Kombination mit redox-aktiven Polymeren selbstregulierende, katalytisch aktive Membranen bilden.

 

  • Organische Elektronik

Wir untersuchen den Einfluss molekularer Funktionalisierungen und Parametern der Grenzflächenchemie auf die Ausbildung supramolekularer Strukturen optisch und elektronisch aktiver organische Membranen. Auf diese Weise wird supramolekulare Kontrolle optoelektronischer Funktionen in Bauteilen, wie organischen oder hybriden Solarzellen sowie LEDs erreicht.

  • Sensorisch aktive dünne Schichten

Wir erforschen in Nanometer-dünnen Schichten aus molekularen Sensoren die Steuerung deren supramolekularer Struktur, die die optischen und elektrischen Antworten auf Analytbindung und die Kommunikation mit den elektronischen Halbleiterbauelementen, wie Transistoren oder Photodioden, bestimmen.

  • Wirkmechanismen von Licht-aktivierbaren Zytostatika

Uns interessiert die Wechselwirkung zwischen Metallkomplexen, die Einsatz finden als Licht-aktivierbare Zytostatika, und der komplexen Umgebung im Inneren humaner Zellen und deren Rückwirkung auf die photoinduzierten Prozesse in den Komplexen. Dazu entwickeln wir Experimente, die die Untersuchung ultraschneller Prozesse in den Zellen ermöglichen.

  • Poröse Silizium Nanostrukturen für Nanomedizin

In vitro Wechselwirkungsuntersuchungen von biokompatiblen und biologisch abbaubaren porösen Silizium-Nanonanostrukturen mit Krebszellen/Tumoren oder biologischen Systemen (Bakterien, Viren) durch die AnwendungAnwendung von linearen und nichtlinearennicht-linearen optischen/spektroskopischen Verfahren werden erprobt. Diese Erkenntnisse legen einen Grundstein für die Anwendung von Silizium-Nanostrukturen als hocheffiziente theranostische Substanzen für die personalisierte Medizin.

AG Ultrakurzzeit-Spektroskopie

Dr. Maria Wächtler

AG Halbleiter-Nanostrukturen

Dr. Vladimir Sivakov

AG Photovoltaische Systeme

Dr. Gudrun Andrä

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