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Institut Dr. Flad
Berufskolleg für Chemie, Pharmazie und Umwelt

Ausbildung mit Markenzeichen. Seit 1951.

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Polymere - Pasta - Photovoltaik

Prof. Dr. Sabine Ludwigs
Universität Stuttgart, Institut für Polymerchemie, Leiterin des Lehrstuhls für Struktur und Eigenschaften polymerer Materialien

Dienstag, 29. September 2015, 13.00 Uhr
Vortrag am Institut Dr. Flad

Polymere - Pasta - Photovoltaik

Dass Polymere bedeutend mehr sind als einfach nur Plastik oder Alltagskunststoffe wie beispielsweise Polystyrol, und dass diese Makromoleküle weitaus komplexeren Anwendungen dienen können, als der Produktion eines einfachen Joghurtbechers, das brachte Prof. Dr. Sabine Ludwigs in ihrem Vortrag über Funktionspolymere im Rahmen der 17. Stuttgarter Chemietage zum Ausdruck.

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Eine Babywindel, ein Baustrahler, eine Solarzelle und eine handvoll Reagenzgefäße - mit diesem Equipment gelang Prof. Ludwigs eine anschauliche Einführung in die Welt der Funktionspolymere, mit deren Strukturen und Eigenschaften sie und ihr Team sich hauptsächlich beschäftigen. Wie vielfältig die Eigenschaften dieser Polymere sein können, demonstrierte Prof. Ludwigs, unterstützt von Dr. Klaus Dirnberger, mit einigen Experimenten. Die Substanz PINIPAM (Poly-(N-isopropylacrylamid)) beispielsweise verändert sich reversibel bei einer Temperatur von ca. 32°C. Unterhalb dieser Temperatur liegt PINIPAM als transparente Flüssigkeit vor, wird die Temperatur erhöht, so erscheint die Flüssigkeit opak. Ganz andere Eigenschaften zeigt hingegen das Copolymer aus Polyacrylsäure und Natrium-Polyacrylat: der in Windeln verwendete Superabsorber, der bei Kontakt mit Wasser zu einem Gel aufquillt. Auch die hydrophobe Beschichtung von Bratpfannen mit PTFE (Polytetrafluorethylen, Teflon®) ist ein weiteres Anwendungsbeispiel für Funktionspolymere.

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Besonders intensiv widmet sich Prof. Ludwigs Forschungsteam den sogenannten konjugierten Polymeren. Hierbei handelt es sich um Halbleiter, deren elektrische Leitfähigkeit mittels Oxidation durch Iod erreicht wird. Besonders hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang die Substanz Poly(3-hexylthiophen), die eine bedeutende Rolle in der Herstellung von Photovoltaik-Anlagen spielt und dort als Donormaterial für organische Solarzellen verwendet wird. Die Leistungsfähigkeit einer solchen Zelle visualisierte Dr. Dirnberger ergänzend zu Prof. Ludwigs Vortrag, indem er durch das Beleuchten der Solarzelle einen mit dieser Zelle verbundenen Handventilator betrieb. Nur wenige Sekunden Lichteinfall auf die mit einer photoaktiven Schicht versehenen Folie reichten aus, um den kleinen Propeller anzutreiben.

Besonders interessant für den Ladungs- oder Lochtransport ist hierbei die Anordnung der Polymerketten in der photoaktiven Beschichtung. Prof. Ludwigs veranschaulichte die möglichen Anordnungen mittels des Bildes von gekochten bzw. ungekochten Spaghetti, die entsprechend als wirrer Knäuel oder parallel liegende Stäbchen vorliegen können.

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Die Arbeitsgruppe um Prof. Ludwigs, in der übrigens auch CTAs beschäftigt sind, erforscht nun die Nanostrukturen und Oberflächen von Donorschichten, mit dem Ziel, die bestmögliche Anordnung der Polymerketten für einen optimalen Ladungstransport zu ermitteln. Zum Einsatz kommen dabei sowohl klassische Verfahren wie die Lichtmikroskopie, als auch modernere Methoden wie Elektronenmikroskopie oder die Rasterkraftmikroskopie. Um die Kristallisation des Polymers auf dem Trägermaterial unter kontrollierten Bedingungen ablaufen lassen zu können, setzt Prof. Ludwigs außerdem selbstkonstruierte Apparaturen ein und bringt schließlich durch das sogenannte "Mechanical Rubbing" Ordnung in die Polymerschicht, um den Ladungstransport zu optimieren.

Prof. Ludwigs, die im bemerkenswert jungen Alter von 32 Jahren bereits den Lehrstuhl am Institut für Polymerchemie der Universität Stuttgart besetzte, gab einen spannenden Einblick in ihre Forschungsarbeit rund um Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten der Funktionspolymere und machte den interessierten Zuhörern wieder bewusst, welch große Rolle die Chemie in unserem Alltag spielt!

Anne-Marie Sand

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17. Stuttgarter Chemietage vom 28. September - 2. Oktober 2015
Polymere - Pasta - Photovoltaik.

Der Vortrag wird einen kleinen Einblick in die Welt der Funktionspolymere geben. Angefangen bei Hermann Staudinger (Chemie-Nobelpreis im Jahr 1953 "für seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Makromolekularen Chemie") hat sich die Polymerchemie in den letzten Jahrzehnten extrem in Richtung Polymere mit speziellen Funktionen weiterentwickelt. Neben "intelligenten" Polymeren, die sich beispielsweise durch pH-Wert oder Temperatur schalten lassen, sind insbesondere konjugierte Polymere in den Fokus der Forschung gerückt. Ihre optischen und elektrischen Eigenschaften sind für Anwendungen in organischen Solarzellen oder organischen Leuchtdioden hochspannend.

 
Prof. Dr. Sabine Ludwigs

Prof. Dr. Sabine Ludwigs

Chemiestudium und Promotion an der Universität Bayreuth; Postdoc an der University of Cambridge, UK; Emmy-Noether-Felllow an der Universität Freiburg; Gastprofessur an der Université Strasbourg; seit 2010: Professur und Lehrstuhl an der Universität Stuttgart, Institut für Polymerchemie (Struktur und Eigenschaften polymerer Materialien)

 

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