| dc.contributor.advisor | Vana, Philipp Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Fornefeld, Torsten | |
| dc.date.accessioned | 2021-04-23T13:33:21Z | |
| dc.date.available | 2021-04-29T09:53:52Z | |
| dc.date.issued | 2021-04-23 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-5802-3 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8575 | |
| dc.language.iso | deu | de |
| dc.publisher | Niedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingen | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 540 | de |
| dc.title | Charakterisierung maßgeschneiderter makromolekularer Systeme: Analyse von photoschaltbaren Polymeren und Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Polymeren und Polymernanokompositen | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.title.translated | Characterisation of tailored macromolecular systems: Analysis of photoswitchable polymers and investigation of the thermal conductivity of polymers and polymernanocomposites | de |
| dc.contributor.referee | Vana, Philipp Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2021-04-13 | |
| dc.description.abstractger | In dieser Arbeit wurden maßgeschneiderte photoschaltbare Polymere basierend auf dem Photoschalter Azobenzol synthetisiert und im Hinblick auf ihre Schaltkinetik, Mikrostruktur und Wärmeleitfähigkeit charakterisiert. Darüber hinaus erfolgte eine Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Polymethylmethacrylat (PMMA), dem Blockcopolymer PMMA-b-Polybutylacrylat (PBA) und einem Nanokomposit aus PMMA und Gold-Nanopartikeln mit dem Ziel, Zusammenhänge zwischen Struktur des Materials und ihren Eigenschaften zu analysieren. Auf Azobenzol aufbauend wurden verschiedene Methacrylat-basierte Monomere (AzoMA, AzoPMA, AzoHMA und AzoUMA) hergestellt, die sich in der Länge des Linkers zwischen Carbonylgruppe und Azobenzol unterscheiden. Die Kinetik der cis-trans-Isomerisierung in den photoschaltbaren Monomeren sowie in den zugehörigen durch reversible addition–fragmentation chain transfer (RAFT)-Polymerisation synthetisierten Polymeren wurde durch zeitaufgelöste UV/Vis- Spektroskopie in Lösung untersucht. Am Beispiel von AzoMA wurde gezeigt, dass die Aktivierungsenergie der Isomerisierung mit zunehmendem Dipolmoment des verwendeten Lösungsmittels abnimmt. Die Länge des verwendeten Linkers zeigte keinen Einfluss auf die Aktivierungsenergie. Die Geschwindigkeit des Schaltprozesses steigt hingegen mit Länge des eingesetzten Linkers an. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierungsenergie für die Polymere geringer als für die Monomere ist. Darüber hinaus ist die Geschwindigkeit des Schaltprozesses für Polymere bei gleicher Temperatur höher als für die zugehörigen Monomere. Von den photoschaltbaren Polymeren sowie von den daraus hergestellten Blockcopolymeren PAzoPMA-b-PBA wurden Dünnfilme hergestellt und durch Rasterkraftmikroskopie und Ellipsometrie untersucht. Für die photoschaltbaren Polymere konnte gezeigt werden, dass die Schichtdicke reversibel schaltbar ist. Die Blockcopolymere wurden hinsichtlich der Selbstanordnung ihrer Struktur charakterisiert. Die Analyse des zeitlichen Verlaufes ergab einen Übergang von einem ungeordneten Zustand zu einer lamellaren Morphologie der Mikrophasenseparation während des thermischen Temperns. Ein Vergleich von Blockcopolymeren mit PBA-Blöcken unterschiedlicher Länge zeigte, dass die Breite der PBA-Phase mit der Länge des PBA-Blockes zunimmt. Strukturparameter wie z. B. die Phasenbreiten konnten erfolgreich durch Beimischung der entsprechenden Homopolymere gezielt eingestellt werden. Mit PAzoPMA-b-Polydimethylaminoethylmethacrylat wurden photoschaltbare Aggregate in Propylencarbonat hergestellt. Diese konnten durch Photoschaltung in einer gesättigten Kristallviolett- Lösung mit 8,2 Gew.-% des Farbstoffes beladen werden. Die Wärmeleitfähigkeit verschiedener makromolekularer Systeme wurde durch transiente Thermoreflektometrie bestimmt. Für PAzoPMA konnte eine Abnahme der Wärmeleitfähigkeit um 60 % durch das Photoschalten des Polymers bestimmt werden. An einer Reihe von PMMA-Proben wurde gezeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit für mittlere Molmassen zwischen 3,6 x 10^3 und 1,6 x 10^5 g/mol keine Abhängigkeit von der Kettenlänge aufweist. Durch das Füllen einer Matrix aus PMMA mit 4,8 Gew.-% PMMA-funktionalisierten Gold- Nanopartikeln konnte die Wärmeleitfähigkeit um 25 % gesteigert werden. Durch unterschiedliche Temperverfahren (thermisch sowie durch Toluol-Atmosphäre) konnten die Mikrophasen in zylindrischer Morphologie eines PMMA-b-PBA-Blockcopolymers unterschiedlich ausgerichtet werden, wodurch gezeigt werden konnte, dass diese Strukturierung zu einer Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit führt. Bei Messung senkrecht zur Zylinderanordnung wurde eine 40 % höhere Wärmeleitfähigkeit als bei der Messung entlang der Zylinder erhalten. | de |
| dc.description.abstracteng | In this work, tailored azobenzene-based polymers were synthesized and characterized with respect to their isomerization kinetics, micro structure and thermal conductivity. Additionally, the thermal conductivity of polymethylmethacrylate (PMMA), PMMA-b-polybutylacrylate (PBA) and a nanocomposite of PMMA and gold nanoparticles was determined to analyze relations between the materials structure and its properties.
Originating from azobenzene, methacrylate-based monomers (AzoMA, AzoPMA, AzoHMA and AzoUMA) were prepared, which differ in the length of the linker between the carboxylic group and the azobenzene. The kinetics of the cis to trans isomerization in the photoswitchable monomers and the related polymers, synthesized by reversible addition–fragmentation chain transfer polymerization, was investigated in solution using time resolved UV/Vis spectroscopy. For the case of AzoMA it could be shown, that the activational energy of the isomerization decreases with the dipole moment of the used solvent. The length of the linker showed no influence on the activational energy. However, the reaction rate increases with increasing linker length. The obtained activational energies for the polymers are lower than those for the monomers. Moreover, the reaction rate of the isomerization is higher for the polymers in comparison to the correlating monomers.
Thin films of photoswitchable polymers and block copolymers PAzoPMA-b-PBA were investigated using ellipsometry and atomic force microscopy. The film thickness was reversibly switchable. The block copolymers were characterized with regard to their self arranging structure. Time resolved investigation showed the transistion from an non-ordered state to a lamellar morphology of micro phase separation. A comparison of block copolymers with different length of the PBA block showed an increasing width of the PBA phase with increasing block length. Additionally, the parameters of the structure could be tuned by the addition of the correspondent homo polymers. Photoswitchable aggregates of PAzoPMA-b-poly dimethylaminoethylmethacrylate were prepared in propylene carbonate. These were filled with 8,2 wt.-% of crystal violet by photoswitching.
The thermal conductivity of different macromolecular systems was determined using transient thermoreflectance. For PAzoPMA, a decrease in thermal conductivity of 60 % by photoswitching was obtained. On the basis of a series of PMMA samples, it was shown, that the thermal conductivity is independent from the chain length between molar masses between 3.6 x 10^3 and 1.6 x 10^5 g/mol. The thermal conductivity of PMMA could be increased by 25 % by the addition of 4.8 wt.-% of PMMA functionalized gold nanoparticles. The microphases of PMMA-b-PBA could be arranged in different orientation using individual annealing methods (thermal and solvent annealing in toluene). The thermal conductivity of the system was found to be anisotropic, with the thermal conductivity across the cylinders being 40 % higher than along the cylinders. | de |
| dc.contributor.coReferee | Müller, Marcus Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Buback, Michael Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Geil, Burkhard Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Schäfer, Tim Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Zeuch, Thomas Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | polymer science | de |
| dc.subject.eng | photo switchable | de |
| dc.subject.eng | block copolymer | de |
| dc.subject.eng | thermal conductivity | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-5802-3-6 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Chemie | de |
| dc.subject.gokfull | Chemie (PPN62138352X) | de |
| dc.description.embargoed | 2021-04-29 | |
| dc.identifier.ppn | 1755888430 | |