Stimuli-responsive Mikrogele gehören zu der einzigartigen Klasse von Polymerstrukturen, die schnell auf externe Auslöser wie Licht, Temperatur oder pH-Wert reagieren. Es bietet breite potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für optische Geräte, intelligente Oberflächenbeschichtungen mit schaltbaren optischen Eigenschaften, Emulsionsstabilisierung etc. Der bekannteste Vertreter dieser Mikrogele sind Poly(N-isopropylacrylamid)(PNIPAM)-basierte Mikrogele.

In den letzten Jahrzehnten wurden PNIPAM-Mikrogele umfassend untersucht und dienen heute als Modellsysteme zur Untersuchung der Mikrogeleigenschaften und beispielsweise der Prinzipien des unterstützten Transports von Wirkstoffen, z.B. der Wirkstoffabgabe. Das responsive Verhalten der Mikrogelen ist durch die Polymernetzstruktur bestimmt, d.h. die Vernetzung der Polymerketten hat einen erheblichen Einfluss auf die physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften der Mikrogele. Insbesondere die Menge und die Vernetzerverteilung innerhalb eines einzelnen Mikrogels haben eine hohe Relevanz für die Anwendung sowie für das Verständnis der Eigenschaften des Mikrogels.

Neutronen- und Röntgenstreuung bieten hierbei Einblicke in die Struktur und Dynamik von Mikrogelen. Insbesondere an Grenzflächen sind es die Kleinwinkel-Neutronenstreuung und Neutronen Spin-Echo Spektroskopie unter streifendem Einfall (GISANS und GINSES). In dieser Arbeit sind Mikrogele in Lösung und an Grenzflächen mit Streuexperimenten detailliert untersucht und durch verbesserte experimentelle Bedingungen und Datenanalyse neue Einblicke in die interne Struktur und Dynamik gewonnen worden.

Diese Dissertationsarbeit ist in zwei wichtige Teilen aufgeteilt. Um die interne Struktur und Dynamik der PNIPAM-Mikrogele in Bezug auf die Verteilung des Quervernetzer (N,N'-Methylenebisacrylamide, BIS) zu charakterisieren, wurde im ersten Teil dieser Arbeit eine Analyse der internen Inhomogenität des Mikrogels und Untersuchungen ihres Einflusses auf die Polymerdynamik im Nanometer- und Nanosekundenbereich durchgeführt. Für zweidimensionale Polymer-Beschichtungen wird der Einfluss der harten Grenzfläche auf die innere Struktur und die Thermoresponsivität der adsorbierten PNIPAM Mikrogele dargestellt. Es wird gezeigt, dass im Gegensatz zum AFM die internen Strukturparameter der adsorbierten weichen Mikrogele mit oberflächenempfindlichen Neutronenstreuungstechniken wie Neutronenreflektometrie und GISANS ermittelt werden können.

Der zweite Teil der Arbeit zielt auf die Besonderheiten der Streuexperimente dünner Polymerschichten unter streifenden Einfallsbedingungen. Die Simulation des Streusignals innerhalb der Distorted Wave Born Approximation wird in Bezug auf die Verbesserung der Analyse der GINSES-Daten und die Vereinfachung der anfänglichen Planung und Durchführung der Experimente in Geometrie unter streifendem Einfall vorgestellt.

Die wichtigste Auswirkung dieser Arbeit ist eine erweiterte Beschreibung der komplexen internen Struktur, Dynamik und der Thermoresponsivität des PNIPAM-Mikrogels vor und nach der Adsorption an feste Oberflächen und die Demonstration der Vorteile der Untersuchung der Polymersysteme mit grenzflächenempfindlichen Streumethoden in Kombination mit numerischen Simulationen.