Nanostrukturierte, Weiche Materialien 2
Nanostructured Soft Materials 2

Das Modul gibt eine Einführung in Nanostrukturierte, Weiche Materialien mit Schwerpunkt auf Mehrkomponenten-, biologische sowie optische und elektrische Eigenschaften:

• Emulsionen: Klassifikation, Thermodynamik, Präparation, Stabilität und Aufbau, Hydrophil-Lipophil-Gleichgewicht, Pickering-Emulsionen
  
• Mikro-Emulsionen: Phasenverhalten, Rolle der Grenzflächenspannung, Eigenschaften der Grenzflächenfilme
• Schäume: Arten und Präparation, Stabilität und Lebensdauer, Schaummittel, Antischaumwirkung
• biologische Membranen: Struktur, Rolle der Membranlipide, Vesikel, Rolle der Membranen in der Natur
• Proteine: Strukturen auf verschiedenen Ebenen, Faltung und Fehlfaltung, Wechselwirkungen zwischen Proteinen, Protein-Nanopartikel
• Thermoresponsive Polymere: Phasenverhalten, Kettenkollaps, Anwendungen
• Polymergele: Chemische und physikalische Gele, Modelle für die Gelbildung, ideale Gele, funktionelle Gele, selbstassemblierte Gele
• Metall-Polymer-Komposite: Nanofabrikation top-down und bottom-up, Metall-Nanopartikel-Selbstorganisation
• Leitfähige Polymere: Leitmechanismen, Wirkung von Doping
• Photonische Kristalle: Selbstorganisation, optische Eigenschaften, 3D geordnete makroporöse Materialien und Anwendungen
• Nanoplasmonik
• Nanostrukturierte, weiche Materialien in neuen Konzepten zur Energiespeicherung und Umwandlung: Lithiumionenbatterien, Superkondensatoren und Thermoelektrika

Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage:

• verschiedene Arten von Emulsionen auszuwerten, die Mechanismen hinter Stabilität und Aufbau sowie das Konzept des Hydrophil-Lipophil-Gleichgewichts zu verstehen
• den Unterschied zwischen Makro- und Mikro-Emulsionen zu verstehen und das Phasenverhalten zu analysieren
• die Rolle der Grenzflächenfilmeigenschaften auszuwerten
• auszuwerten, welche Faktoren die Formstabilität beeinflussen und die Wirkung von Schaummitteln und Schaumverhinderen zu verstehen
• die Struktur biologischer Membranen und Proteine zu analysieren und deren Wirkung in biologischen Systemen auszuwerten
• das Verhalten thermoresponsiver Polymere in Polymer-Wasser-Interaktionen zu verstehen
• die unterschiedlichen Typen von Metall-Polymer-Kompositen inkl. Metall-Nanopartikeln in Polymermatrix zu verstehen
• die verschiedenen Leitungsmechanismen in konjugierten Polymeren und die Wirkung der Dotierung zu analysieren
• die unterschiedlichen Gebiete und Anwendungen photonischer Kristalle einzuordnen
• die Wechselwirkung von Licht mit nanostrukturierten Materialien und ihren Nutzen für optische Instrumente zu verstehen
• die Wirkung nanostrukturierter Materialien auf den Gebieten von Energiewandlung und –speicherung zu verstehen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Dieses Modul besteht aus einer Vorlseung und einer Übung. Die Lernziele des Moduls werden durch eine frontale Vorlesung mit Beamer Präsentation und mündlicher Kommunikation unterstützt durch Tafelanschrieb erreicht. Die Vorlesung wird durch wöchentliche Übungen ergänzt, in denen die Studierenden unter der Aufsicht von Tutoren Probleme lösen. Die Sprechstunde ist ein freiwilliges Zusatzangebot zur Klärung weiterführender Fragen zu Vorlesungsinhalten in Einzelgesprächen mit dem Dozenten.

Präsentation, Tafelarbeit. Übungsaufgaben für die wöchentlichen Übungen über vorlesungsbegleitende Internet-Seite.

• I.W. Hamley: Introduction to Soft Matter, Wiley, (2000)
• R.A.L. Jones: Soft Condensed Matter, Oxford University Press, (2002)
• M. Kleman & O.D. Lavrentovich: Soft Matter Physics, Springer, (2003)
• M. Daoud & C.E. Williams: Soft Matter Physics, Springer, (1999)

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispiele überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Beschreiben Sie den Grundaufbau einer organischen Solarzelle.
• Erläutern Sie die Morphologie der aktiven Schicht mit Akzeptor- und Donorkomponenten.mit Hilfe von Worten, Zeichnungen und Diagrammen
• Erläutern Sie, wie transparente Kontakte charakterisiert werden können.
• Wie können transparente Kontakte für mechanisch flexible Substrate erreicht werden?

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.