Projekt
Zusammenhang von Redox-Eigenschaften organischer Materialien und triboelektrischer Ladungstrennung – vom grundlegenden Verständnis bis hin zu neuen Materialien für eine effiziente triboelektrische Energiegewinnung
Projektbeschreibung
Der triboelektrische Effekt beruht auf der Ladungstrennung an Grenzflächen. Er lässt sich nutzen, um in funktionalen Materialsystemen mechanische Energie aus der Umgebung zu ernten. In diesem Projekt sollen neuartige organische Materialien entwickelt werden, um die triboelektrische Ladungstrennung effizienter zu machen und letztlich die Leistung triboelektrischer Nanogeneratoren für die Energiegewinnung zu erhöhen. Zuvor erfolgen rasterkraftmikroskopische Studien, um die Auswirkungen der Redoxaktivität organischer Komponenten auf die triboelektrische Ladungstrennung grundlegend zu untersuchen. Mit theoretischen Ansätzen erforschen wir die physikalischen Ursachen der Ladungstrennung. Die Ergebnisse dieser grundlegenden Studien werden es ermöglichen, die besten organischen Komponenten für die Einbindung in Materialien (Polymeren) auszuwählen, um sie zu synthetisieren und in makroskopische Geräte einzubauen, in denen sich dann die triboelektrische Ladungstrennung an Grenzflächen untersuchen lässt.
Projektergebnis
In diesem Projekt habe ich neuartige organische Materialien wie thiolfunktionalisierte Donoren - Triphenylamin, Carbazol, Phenothiazin, Tetrathiafulvalen - und Akzeptoren wie 1,8-Naphthalimid synthetisiert, um die triboelektrische Ladungstrennung effizienter zu machen. Der Einfluss der Redoxaktivität organischer Verbindungen auf die effiziente Ladungstrennung wird durch Kontaktexperimente mit AFM-basierter Kraftspektroskopie und Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) untersucht. Dabei werden kleine redoxaktive Moleküle verwendet, die kovalent an die AFM-Cantileverspitze und das Substrat gebunden sind, gefolgt von der Erfassung der Oberflächenpotentiale vor und nach dem Kontakt. KPFM beweist den Ladungstransfer zwischen Donor- und Akzeptormolekülen, weshalb redoxaktive Moleküle für die Anwendung in triboelektrischen Nanogeneratoren erfolgsversprechend sind.
Erstbetreuerin
Prof. Dr. Birgit Esser