Stimuli-responsive Kern-Schale-Partikel via Emulsionspolymerisation Ferrocen-haltiger Monomere

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.

Scope of this work was the preparation of stimuli-responsive core-shell particles by starved-feed emulsion polymerization as well as the transfer of such particles in tunable opal structures. Opal structures with tunable reflection colors can be used for several questions in sensor applications or display technology. As stimuli for such switchable materials, pH, temperature, salt concentration, humidity, light, chemicals, mechanical stress as well as electrical and magnetic fields can be used. State of the art for the preparation of such tunable nanostructures is described and discussed in this work. Moreover, new strategies for the preparation of stimuli-responsive colloids and colloidal crystals are developed and presented. The introduction of a ferrocene containing monomer in emulsion polymerization allows for redox chemistry and magnetism as stimulus. For magnetic addressable materials, the metallopolymer needs to be transferred into the respective ceramic structures. Synthesis of redox-responsive and magnetic addressable core-shell particles as well as processing of these particles for opalfilm preparation is demonstrated and discussed.