Herstellung funktionaler Blockcopolymerarchitekturen und Oberflächenfunktionalisierung auf Basis redoxresponsiver und hybrider Polymere

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung unterschiedlichster Blockcopolymerarchitekturen und die Funktionalisierung von Oberflächen auf Basis redoxresponsiver und hybrider Polymere. Gerade im Hinblick auf die Nanowissenschaft werden Blockcopolymere aufgrund ihrer nahezu einzigartigen Fähigkeit in Lösung, wie auch im Bulk, strukturierte Materialien auf der Nanometerskala mit entsprechenden Anwendungspotentialen zu bilden, eine immer größer werdende Rolle zugeschrieben. Darüber hinaus können durch Modifikation von Substratoberflächen mit funktionalen Polymeren die Eigenschaften dieser Materialien, speziell der Grenzschicht, verändert und gezielt eingestellt werden. Durch Verwendung redoxresponsiver und hybrider Polymere können zudem Materialien mit zusätzlichen präkeramischen, katalytischen, optoelektronischen und schaltbaren Eigenschaften entwickelt werden. Synthesemöglichkeiten und Anwendungen von Blockcopolymeren, Metallopolymeren und oberflächengebundenen Polymersystemen werden unter anderem bezüglich des aktuellen Standes der Forschung beschrieben. Die mittels anionischer Polymerisation synthetisierten, zumeist Ferrocen-basierten Blockcopolymerarchitekturen sowie die hieraus hergestellten hochgeordneten und mitunter redoxaktiven, porösen Materialien werden im ersten Teil der kumulativen Arbeit ausführlich beschrieben und diskutiert. Ebenfalls konnte ein Cobalt-basiertes Methacrylat mittels kontrolliert radikalischer Polymerisation in polymere Strukturen überführt und neben der Charakterisierung der thermisch umgewandelten Materialien auch die Redox-Chemie beschrieben werden. Die Funktionalisierung von Cellulose-basierten Materialien mit Silizium- oder Ferrocen-basierten Polymeren durch Verwendung einer grafting-from Strategie (oberflächeninduzierte ATRP) wird im zweiten Teil demonstriert und die erhaltenen Materialien in Bezug auf potentielle Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Sensorik, Mikrofluidik oder als keramische Materialien diskutiert.

In the present work the preparation of different block copolymer architectures and the modification of surfaces based on redox-responsive and hybrid polymers is demonstrated. Especially in terms of nano science, block copolymers have attracted enormous attention because of their excellent capability for the creation of tailor-made nanostructures in selective solvents or in the bulk state. Moreover, the modification of surfaces with functional polymers can tailor the properties of the surface and the material itself. By using redox-responsive and hybrid polymers the resulting materials show additional preceramic, catalytic, semiconductive and switchable adhesion properties, for instance. The preparation and applications of block copolymers, metallopolymers and surface attached polymer systems are described regarding the state of the art in the present work. The synthesis and characterization of different ferrocene-based block copolymer architectures by means of anionic polymerization strategies and the preparation of (porous) structured and redox-responsive materials are developed and discussed in the first part of the cumulative work. Moreover, cobaltocene-containing polymethacrylates by means of (controlled) radical polymerization techniques and the characterization of the resulting redox-active and thermal treated materials are presented. The combination of cellulose-based materials and silicon- or ferrocene-containing polymers by using surface-initiated atom transfer radical polymerization (ATRP) is demonstrated in the second part of this work. The investigation of the polymer-modified substrates in terms of potential applications as sensors, microfluidic devices or ceramic materials is also discussed.