Doktorarbeit am Lehrstuhl für
Experimentelle Polymerphysik  der Universität Freiburg

Herstellung von Polymerschichten nach dem Vorbild des Periostrakums

Im Rahmen des  DFG geförderten SFB / TRR141 „Biological Design and Integrative Structures“ vergibt der Lehrstuhl für Experimentelle Polymerphysik  eine Doktorarbeit  zur Untersuchung  der mechanischen Eigenschaften selbst-assemblierter Polymerschichten.

Zielsetzung des Projektes ist es,  den  komplexen  Wachstumsprozess von Schneckenhäusern als biologisches Vorbild für die Verbesserung der computergesteuerten 3D-Drucktechnik für Gebäudehüllen zu nutzen.

Eine zentrale Rolle bei der Schalenbildung  spielt das Periostrakum, eine organische,  polymerähnliche  Schicht,  deren Komponenten von Zellen in einer räumlich begrenzten  Bildungszone  (Periostrakumgrube) ausgeschieden werden.  Diese diskreten Untereinheiten werden entlang des Epitheliums der Periostrakumgrube ausgerichtet und assemblieren zu einer 2D lamellaren Schicht.  Das ausgereifte Periostrakum besteht aus überlagerten anisotropen 2D Schichten und zeigt gegenüber der ersten Lamelle deutlich veränderte mechanische Eigenschaften.  Ferner  beobachtet man eine periodische Mikrostruktur mit auspeprägter Vorzugsorientierung,  die vermutlich durch cholesterische Schichtung einzelner Lagen entstanden ist.  Im Weiteren fungiert Periostrakum  als Matrix für die Biomineralisierung  und  beinflußt  in entscheidender Weise die Morphologie des entstehenden Schneckenhauses.

In der 3D Drucktechnik können komplex geformte Gebäudehüllen durch einen additiven Prozess von Kompositmaterialen hergestellt werden, die aus Druckköpfen abgesondert werden, welche räumlich und zeitlich steuerbar sind. Die Zellen, welche Periostrakum Untereinheiten absondern, erfüllen eine analoge Funktion.

Im Rahmen diese Projektes  wird  sich die experimentellen Polymerphysik  mit dem Aufbau von  Polymerschichten beschäftigen deren mechanische Eigenschaften „in situ“ verändert werden können.  Dazu werden „Polymer-Mono-Schichten“ durch Selbst-Assemblierung  an der Wasser Luft Grenzfläche eines Langmuir-Troges präpariert und zunächst ihre mechanischen Eigenschaften untersucht und im Weiteren systematisch eingestellt.  Schichtet man solche Lagen in kontrollierter Weise übereinander, sollte ein breites Spektrum an mechanischen Eigenschaften zugänglich sein.

Die Aufgaben der/ des Promovierenden bestehen in der eigenständigen Arbeit am vorgestellten wissenschaftlichen Projekt  sowie der Teilnahme an der interdisziplinären wissenschaftlichen Arbeit und des Qualifizierungsprogramms des Transregio SFBs.

Erforderliche Voraussetzungen  sind  ein mit gutem Erfolg abgeschlossenes Studium in Chemie, Physik, Materaialwissenschaften oder einer ähnlichen Disziplin.

Bewerbungen mit den üblichen Unterlagen als pdf- Datei  (Motivationsschreiben, CV, Kopien der Hochschulzeugnisse,  Empfehlungsschreiben) bitte an: renate.reiter@physik.uni-freiburg.de

Wir bieten eine 3 jährige Förderung  (Vergütung  nach TV-L  E13 ,  67%) in einem  aufgeschlossenen  und inspirierenden  wissenschaftlichen Umfeld.

Kurzbeschreibung TRR 141
Der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte SFB/Transregio 141 „Biological Design and Integrative Structures“ wurde zum 01.10.2014 eingerichtet und in Kooperation mit den Universitäten Tübingen und Stuttgart, dem Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart und dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik durchgeführt. Das Forschungsprogramm ist als Dialog konzipiert: ein interdisziplinäres Team von Architekten und Ingenieuren der Universität Stuttgart, Biologen und Physikern der Universität Freiburg sowie Geowissenschaftlern und Evolutionsbiologen der Universität Tübingen untersucht die fein differenzierten, vielfach vernetzten und hierarchisch strukturierten Eigenschaften biologischer Strukturen und entwickelt Strategien, diese in die Architektur zu übertragen. Das Ergebnis dieses Prozesses regt wiederrum weitere Grundlagenforschung in der Biologie an. Übergeordnetes Ziel des Forschungsprogrammes ist es, einen Beitrag zur Etablierung der Bionik als wissenschaftliche Methodik zu leisten und sie im architektonischen und konstruktiven Entwurfsprozess zu verankern.

Projekttitel:
A08: „Continuous fused deposition modelling of architectural envelopes based on the shell formation of molluscs”