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In Zeiten eines sich schnell ändernden und vielseitigen Energiemarktes müssen Kohlenstoffmaterialien für verschiedene Anforderungen einsetzbar sein. Dies erfordert flexibel synthetisierbare Kohlenstoffmaterialien bevorzugt aus günstigen und nachhaltigen Kohlenstoffquellen. Es ist allerdings nicht leicht Vorläuferverbindungen auszumachen, welche sich einerseits für verschiedene Herstellungsverfahren eignen und deren Kohlenstoffprodukte andererseits in spezifischen Eigenschaften, wie der Struktur, des Stickstoffanteils, der Oberfläche und der Porengrößen, eingestellt werden können. In diesem Zusammenhang können natürliche Polyphenole, etwa überschüssige Tannine aus der Weinproduktion, eine neue Welt zu hoch funktionalen und vielseitig einstellbaren Kohlenstoffmaterialien mit hohen Ausbeuten öffnen.
Das Hauptziel dieser vorliegenden Thesis war es neue funktionale, einstellbare und skalierbare nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien aus Tanninen (insbesondere Tanninsäure) für unterschiedliche elektrochemische Zwecke zu synthetisieren und zu charakterisieren. Ermöglicht wurde dies durch unterschiedliche synthetische Herangehensweisen, wie etwa der polymeren Strukturdirektion, dem ionothermalen Templatieren und der weichen Templatierung. An Stelle des weitläufig gebräuchlichen, aber kanzerogenen Vernetzungsagens Formaldehyd wurden bei den vorgestellten Synthesen Harnstoff und Thioharnstoff gewählt, um zugleich die synthetisierten Kohlenmaterialien variabel dotieren zu können.
Daher wurden im ersten Teil der Arbeit die Wechselwirkungen, Reaktionen und thermischen Verhaltensweisen von Tanninsäure und Mixturen von Tanninsäure und Harnstoff bzw. Thioharnstoff untersucht, um daraus wichtige Erkenntnisse für die verschiedenen Kohlenstoffsynthesen zu gewinnen.
Durch die Verwendung eines polymeren Strukturierungsagenz Pluronic P123 konnten in einer ersten Kohlenstoffsynthese nachhaltige und dotierbare Kohlenstoffpartikel mit Durchmessern im Nanometerbereich aus Tanninsäure und Harnstoff hergestellt werden. Es konnte dabei gezeigt werden, dass durch die Modifikation der verschiedenen Syntheseparameter die Kohlenstoffnanopartikel gemäß ihres gemittelten Partikeldurchmessers, ihrer BET-Oberfläche, ihrer Komposition, ihrer Leitfähigkeit und ihrer chemischen Stabilität einstellbar sind. Dies eröffnete die Möglichkeit diese Kohlenstoffpartikel als alternatives und nachhaltiges Rußmaterial einzusetzen.
Weiterhin war es durch die ionothermale Templatierung möglich poröse, dotierte und kontrollierbare Kohlenstoffpartikel mit hohen spezifischen Oberflächen aus den gewählten Präkursorverbindungen zu synthetisieren, die sich für den Einsatz in Superkondensatoren eignen.
Auf diesen Erkenntnissen aufbauend konnten mittels der Rotationsbeschichtung poröse binderfreie und strukturierte Kohlenstofffilme synthetisiert werden, die eine spinodale Struktur aufwiesen. Anhand der Modifikation der Stammlösungskonzentration, der Rotationsgeschwindigkeit und der verwendeten Substrate konnten die Filmdicke (100-1000 nm), die Morphologie und Gesamtoberfläche gezielt beeinflusst werden. Die erweiterte elektrochemische Analyse zeigte außerdem ein sehr gut zugängliches Porensystem der porösen Kohlenstofffilme.
Allumfassend konnten demnach verschiedene Synthesewege für Kohlenstoffmaterialien aus Tanninen aufgezeigt werden, die verschiedenartig strukturiert und kontrolliert werden können und sich für diverse Anwendungsgebiete eignen.
Novel hydrogels based on hydroxyethyl starch modified with polyethylene glycol methacrylate (HES-P(EG)(6)MA) were developed as delivery system for the controlled release of proteins. Since the drug release behavior is supposed to be related to the pore structure of the hydrogel network the pore sizes were determined by cryo-SEM, which is a mild technique for imaging on a nanometer scale. The results showed a decreasing pore size and an increase in pore homogeneity with increasing polymer concentration. Furthermore, the mesh sizes of the hydrogels were calculated based on swelling data. Pore and mesh size were significantly different which indicates that both structures are present in the hydrogel. The resulting structural model was correlated with release data for bulk hydrogel cylinders loaded with FITC-dextran and hydrogel microspheres loaded with FITC-IgG and FITC-dextran of different molecular size. The initial release depended much on the relation between hydrodynamic diameter and pore size while the long term release of the incorporated substances was predominantly controlled by degradation of the network of the much smaller meshes.
We report on the fabrication, modeling, and experimental verification of the emission of fiber lenses fabricated on multimode fibers in different media. Concave fiber lenses with a radius of 150 mu m were fabricated onto a multimode silica fiber (100 mu m core) by grinding and polishing against a ruby sphere template. In our theoretical model we assume that the fiber guides light from a Lambertian light source and that the emission cone is governed solely by the range of permitted emission angles. We investigate concave and convex lenses at 532 nm with different radii and in a variety of surrounding media from air (n(0) = 1.00) to sapphire (n(0) = 1.77). It was found that noticeable focusing or defocusing effects of a silica fiber lens in ethanol (n(0) = 1.36) and dimethyl sulfoxide (DMSO) (n(0) = 1.48) are only observed when the fiber lens radius was less than the fiber diameter.
In ihrer Vorlesung zeigt Sabine Beuermann, unter welchen Bedingungen Kohlendioxid als Reaktionsmedium für die Herstellung von polymeren Materialien genutzt werden kann. Fluides Kohlendioxid ist ein attraktives Reaktionsmedium, da es ungiftig und nicht brennbar ist. Zudem leistet es einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger chemischer Prozesse, da durch den Einsatz von Kohlendioxid die Verwendung von organischen Lösungsmitteln vermieden werden kann.
The influence of the reaction medium (organic solvents, water, ionic liquids, supercritical CO2) on the propagation rate in radical polymerizations has very different causes, e.g., hindered rotational modes, hydrogen bonding or electron pair donor/acceptor interactions. Depending on the origin of the solvent influence propagation rate coefficients, k(P), may be enhanced by up to an order of magnitude associated with changes in the pre-exponential or the activation energy of k(P). In contrast, non-specific interactions, size and steric effects lead to rather small changes in the vicinity of the radical chain end and are reflected by modest variations in k(P).
The influence of the reaction medium (organic solvents, water, ionic liquids, supercritical CO2) on the propagation rate in radical polymerizations has very different causes, e.g., hindered rotational modes, hydrogen bonding, or electron pair donor / acceptor interactions. Depending on the origin of the solvent influence propagation rate coefficients, kp, may be enhanced by up to an order of magnitude associated with changes in the pre-exponential or the activation energy of kp. Contrary, non-specific interactions, size and steric effects lead to rather small changes in the vicinity of the radical chain end and are reflected by modest variations in kp.