Academic literature on the topic 'Kern-Schale-Partikel'

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT, belongs to the group of conducting polymers and is characterized by its high stability, a moderate band gap and its optical transparency in the conductive state. A large disadvantage of conducting polymers, and also PEDOT, is their poor solubility. One way to achieve processible materials is the synthesis of colloidal particles. Thus, this work focuses on the development of conductive particles by preparing composite structures. Polymeric colloids like latex particles and microgels were used as templates for the oxidative polymerization of EDOT. Depending on template structure completely different composite morphologies with variable properties were obtained. It was found that modification with PEDOT did not only cause conductive particles for application as humidity sensor materials, but also candidates for further functionalization with gold nanoparticles (Au-NPs). Due to a multi-stage synthesis route it was possible to achieve polystyrene(core)-PEDOT(shell)-particles decored with Au-NPs. Microgels acting as “micro reactors” for the incorporation of PEDOT and Au-NPs were also used for preparing multifunctional composites for catalytic applications
Poly(3,4-ethylendioxythiophen), PEDOT, gehört zur Gruppe der leitfähigen Polymere und zeichnet sich durch seine hohe Stabilität, eine moderate Bandlücke und seine optische Transparenz im dotierten Zustand aus. Ein Nachteil leitfähiger Polymere, wie auch von PEDOT, ist deren schlechte Löslichkeit. Die Synthese kolloidaler Partikel bietet jedoch eine Möglichkeit dieses Problem zu umgehen. In diesem Zusammenhang richtete sich der Fokus dieser Arbeit auf die Darstellung leitfähiger Partikel in Form von Kompositstrukturen. Polymerkolloide, wie Latex- und Mikrogelpartikel, sind als Template eingesetzt worden, in deren Gegenwart PEDOT durch eine oxidative Polymerisation synthetisiert wurde. In Abhängigkeit von der Struktur des Templats sind unterschiedliche Kompositmorphologien mit steuerbaren Eigenschaften erhalten worden. Auf diese Weise wurden neben Materialien für die Feuchtigkeitssensorik leitfähige Kompositpartikel hergestellt, die zusätzlich mit Gold-Nanopartikeln (Au-NP) funktionalisiert werden konnten. Durch ein mehrstufiges Syntheseverfahren sind somit Polystyrol(Kern)-PEDOT(Schale)-Partikel mit Au-NP-funktionalisierter Oberfläche synthetisiert worden. Mikrogelpartikel, die als „Mikroreaktoren“ für die Inkorporation von PEDOT- und Au-NP dienten, wurden ebenfalls eingesetzt, um multifunktionale Komposite mit katalytischen Eigenschaften herzustellen

The main goal of this work is design and synthesis of novel composite hydrogel-based core-shell microparticles and their application for fabrication of coatings, which provide the “inverse-switching” behaviour to the surface, namely, to become more hydrophobic in water environment. Since contact angle of heterogeneous surfaces is dependent on the nature and ratio of surface components, an increase of amount of more hydrophobic component on the surface will cause the reducing of surface wettability. It was suggested that core-shell particles having water-swellable hydrogel core and hydrophobic, but permeable for water shell when deposited on the hydrophilic substrate should increase the total amount of hydrophobic component on the surface when the cores of particles will swell in water. During the work different approaches to obtain freely dispersed and surface-immobilized core-shell particles with required structure were developed. Obtained particles were applied for preparation of coatings with ability to display “inverse-switching” behaviour. It was demonstrated that properly designed and properly prepared core-shell particles could be successfully used for creation of smart adaptive coatings having the ability to alter the surface properties upon changing of the environment.

Janus particles, named after the two faced Roman god Janus, possess unique asymmetry and combine two distinct functions at their opposite sides, allowing them to target complex self-assembled architectures and materials inaccessible for homogeneous building blocks. In this study, three areas regarding the topic of Janus particles were explored: the synthesis of Janus particles, their (self-) assembly, and applications. In the first part of the work, we have drawn our attention to the optimization of the synthetic procedures concerning the preparation of Janus particles and to the extending of the current Janus particle library by adding new geometries to the list. In the case of spherical Janus particles, we have developed an easy approach to tailor the Janus ratio of the resulting particles, thus, extending the possibilities of the Pickering emulsion approach for the creation of a variety of Janus particle architectures. Additionally, a new methodology was employed to measure directly and in situ the position/contact angle of the prepared Janus particles with different Janus ratios at a water-oil interface. It was further concluded that having simply two different functionalities on a particle surface does not necessarily imply amphiphilic behavior: only in the case of large wettability contrasts our particles were in a true Janus regime. In the case of platelet-like Janus particles, we have developed a completely new approach for their large-scale synthesis, which involved a reduced number of steps compared to the spherical Janus particles. In the second part of the work, the assembly behavior of various kinds of functional spherical Janus particles was investigated depending on the nature of the Janus particles and the surrounding media conditions. Oppositely charged, uncharged amphiphilic, and charged amphiphilic Janus particles were fabricated comprising different responsive polymers on their surface, and their assembly was investigated depending on the pH value of the dispersion, the ionic strength, or the solvent. It was found that, under specific conditions, the Janus particles formed hierarchical chain-like structures in solutions, which were not observed in the case of the homogeneous particle mixtures. The obtained results indicate that the fundamental understanding of the Janus particle assembly mechanisms is crucial for the programmed formation of desired structures. In the third part of the work, we have focused on the applications of our developed hybrid hairy Janus particles and proposed two main directions that would benefit from the unique properties or architecture of the Janus particles. The first direction is based on the exploitation of the superior interfacial activity of the Janus particles and their use for interfacial catalysis. The second proposed direction for the application of Janus particles is based on their use as building blocks for functional structured surfaces. The prepared surfaces were thoroughly characterized and tested for their performance toward anti-icing as well as anti-fouling applications. Ultimately, the developed functional surfaces based on Janus particles as building blocks are very promising for their future application in the coating technology.

Diese Dissertation befasste sich mit der Entwicklung von optischen Sensormaterialien für anionische Zielmoleküle durch die Kopplung der herausragenden Erkennungsfähigkeiten von molekular geprägten Polymere (molecularly imprinted polymers, MIPs) mit der Empfindlichkeit fluorometrischer Nachweisverfahren. In dieser Arbeit wurde dabei der direkte Einschritt-Nachweis für das Design der Sensormaterialien adaptiert. Hierbei wird eine Fluoreszenzsonde für die Signalübertragung kovalent in die Hohlräume der MIP-Matrix eingebaut. MIP-Sensormaterialien wurde in monolithischen, Dünnfilm- und Kern/Schale-Partikel-Formaten hergestellt. Die hergestellten Materialien wurden unter Verwendung unterschiedlicher Techniken charakterisiert. Die Performanz der Sensormaterialien wurde auch in Bezug auf die Sensitivität, Selektivität sowie Ansprechzeit bewertet. In dieser Arbeit wurden dabei Systeme untersucht, bei denen die Signalerzeugung sowohl auf dem „Einschalten“ als auch auf dem „Ausschalten“ der Fluoreszenz beruhte. Mit den hergestellten Materialien wurden dabei viele Ziele des Projekts erreicht. Sowohl die synthetisierten dünnen Filme als auch die Kern/Schale-Partikel zeigten eine hohe Selektivität für die geprägten Aminosäuren, auch in Bezug auf die Unterscheidung von Enantiomeren. Diese Sensormaterialien waren ebenfalls durch eine niedrige Nachweisgrenze bis 60 µM und eine schnelle Ansprechzeit von 20 Sekunden gekennzeichnet. Insbesondere die Kern/Schale-Partikel können mit verschiedenen Detektionstechniken gekoppelt werden und sind potentiell für die Entwicklung von miniaturisierten Messinstrumenten für die on-line-Detektion sowie Point-of-Care-Diagnostik (patientennahe Labordiagnostik) einsetzbar.
This dissertation derives from the DFG project aimed on preparing optical sensor material for anionic target through combing the outstanding recognition of Molecularly imprinted polymer (MIPs) and sensitive fluorescence technique. A single step direct sensing strategy is adopted to prepare the sensor material in this thesis. Here, a fluorescence probe is covalently embedded into the MIP cavity for signal transduction. MIP sensor material are prepared in forms of bulk, thin film and particles. The material is characterized using various techniques. The performance of the sensor materials is also assessed in terms of sensibility, selectivity as well response time. Both the switching on and off signaling methods are tested in this thesis. The prepared material achieves the goal of the project. Both the prepared thin film as well as core-shell particle show prominent selectivity even a strong enantioselective discrimination. These sensing materials also have low LOD to 60 µM and fast sensing response of 20 seconds. Especially the core-shell sensing particle can be coupled with various detection techniques and is potentially applicable for developing miniaturized sensing instrument for on-line detection as well as point of care diagnose.

Ziel dieser Arbeit war die Herstellung Stimuli-responsiver Kern-Schale-Partikel über die starved-feed Emulsionspolymerisation sowie die Überführung dieser Partikel in schaltbare Opalstrukturen. Opalstrukturen, deren Reflexionsfarbe durch das umgebende Milieu bestimmt wird, finden Anwendung in verschiedensten Fragestellungen der Sensorik oder auch in Display-Technologien. Als Stimulus können unter anderem pH-Wert, Umgebungstemperatur, Salzkonzentration, Luftfeuchtigkeit, Licht, Chemikalien, mechanische Beanspruchung sowie elektrische und magnetische Felder auf entsprechende Materialien wirken. Der Stand der Forschung mit den bisher verfolgten Strategien zur Realisierung solcher schaltbarer Nanostrukturen wird im Rahmen dieser Dissertation beschrieben und diskutiert. Darüber hinaus werden neue Syntheserouten zur Herstellung Stimuli-responsiver Kolloide und kolloidaler Kristalle herausgearbeitet und vorgestellt. Durch die Einführung eines Ferrocen-haltigen Monomers in die Emulsionspolymerisation werden in erster Linie die Redox-Chemie und der Magnetismus als Stimulus zugänglich, wobei das Metallopolymer für eine magnetische Ansprechbarkeit zunächst keramisiert werden muss. Die Synthese redox-responsiver und magnetisch ansprechbarer Kern-Schale-Partikel sowie deren Verarbeitung zu entsprechenden Opalfilmen wird im Rahmen dieser Arbeit demonstriert und diskutiert.

Die Materialklasse der Titanate weist hervorragende Eigenschaften wie Hochtemperaturstabilität, Ver- schleißfestigkeit sowie Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit auf. Darüber hinaus lassen sich die elek- trischen Eigenschaften der Materialien beispielsweise durch Dotierungen gezielt verändern. Aus diesem Grund werden sie als gesinterte Vollkeramik bereits weit verbreitet als mehrlagige Kondensatoren oder Sensoren zur Temperaturkontrolle für elektronische Bauteile eingesetzt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese Titanat-basierter Kern-Schale Mikro-Partikel über einen nasschemischen Fällungsprozess mithilfe einer ammoniakalischen Wasserstoffperoxid-Lösung und de- ren Charakterisierung. Es werden dotierte Barium- und Strontiumtitanate, die in der Perowskit-Struktur kristallisieren, durch Änderung des pH-Wertes und der Temperatur auf verschiedene keramische Sub- strate gefällt. Die Substrate haben dabei Einfluss auf Geometrie und Dichte der resultierenden Partikel. Aus dem gefällten und getrockneten Material wird über eine sich anschließende Kalzinierung bei hohen Temperaturen unter oxidierender und reduzierender Atmosphäre eine granuläre Struktur auf dem Sub- strat erzeugt. Die Charakterisierung erfolgt mithilfe unterschiedlicher Methoden, wobei die Elektronenmikrosko- pie und die Röntgendiffraktometrie zwei der wichtigsten Werkzeuge darstellen. Daneben kommen Spektroskopie-Techniken (UV-Vis, Raman, XPS) und thermische Analysen (TGA) zum Einsatz. Mithilfe der statistischen Versuchsplanung werden die Materialien, die als Füllstoffe in Polymeren ein- gesetzt werden können, auf nicht-linear elektrische Eigenschaften optimiert. Hierfür werden Füllstoff- Silikon-Komposite hergestellt, an denen die elektrische Stromdichte J bei sich ändernder elektrischer Feldstärke E gemessen wird. Es werden Parameter definiert, mit denen der Verlauf der J-E-Kennlinie be- einflusst werden kann. Eine mögliche Anwendung dieser Neuentwicklung findet sich im Bereich der Feldsteuerung in der Hoch- spannungstechnik. Indem das Material intelligent auf hohe elektrische Feldstärken reagiert, werden Fel- der entzerrt beziehungsweise Feldüberhöhungen abgebaut und das Hochspannungskabel und andere Zubehörteile, wie Kabelmuffen und Endverschlüsse, erhalten eine höhere Lebensdauer.