Neue DFG-Forschungs­gruppe entwickelt smarte Leuchtmaterialien

Photonische Technologien sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken: Sie stecken in OLED-Displays, Lasersystemen und der optischen Datenübertragung. Um jedoch die nächste Generation intelligenter Anwendungen – etwa in der hochauflösenden Sensorik, der Quantenkommunikation oder der Medikamenten- und Lebensmittelprüfung – zu ermöglichen, sind neuartige Materialien erforderlich, die gezielt auf physikalische Reize wie Druck oder elektrische Felder reagieren. „Während die chemisch gesteuerte Lumineszenz, zum Beispiel die durch pH-Wert-Änderung verursachte Lichtemission eines Stoffes, schon länger untersucht und genutzt wird, steckt die Forschung zu physikalisch schaltbaren Lichtemissionen noch in den Anfängen“, sagt Prof. Andreas Steffen.

Hier setzt die neue Forschungs­gruppe an: Der Name STIL-COCOs steht für „stimulus-responsive lumineszierende Koordinationsverbindungen“. Die Forschenden widmen sich also kleinen, leicht verarbeitbaren Molekülen, die ihre Leuchteigenschaften verändern, wenn sie physikalischen Reizen ausgesetzt sind. Dabei stehen metallhaltige Koordinationsverbindungen im Fokus, deren dreidimensionale Struktur gezielt angepasst werden kann. Das interdisziplinäre Team wird untersuchen, wie Druck, Scherkräfte sowie magnetische und elektrische Felder die Leuchtfarbe, -intensität oder -dauer der Moleküle beeinflussen. Ziel ist es, klare Designprinzipien für ihre Anwendung in photonischen Schlüsseltechnologien zu entwickeln.

Forschende von sieben Universitäten arbeiten zusammen

„Erst durch die enge Verzahnung verschiedenster Fachrichtungen und Methoden können wir umfassend entschlüsseln, wie die molekulare Struktur und das photonische Verhalten neuartiger Leuchtmaterialien zusammenhängen“, betont Prof. Steffen. Neben der TU Dortmund kommen die beteiligten Wissen­schaft­ler*innen von den Universitäten Münster, Bonn, Frankfurt, Paderborn, Mainz und der RWTH Aachen. Mit dabei sind sowohl Expert*innen aus den Bereichen Theorie, Synthesechemie sowie Spektroskopie mit Zugang zu Großforschungseinrichtungen wie dem Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg. Co-Sprecherin der Gruppe ist Prof. Katja Heinze von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Von der TU Dortmund ist neben der Arbeitsgruppe von Prof. Andreas Steffen auch das Team um Prof. Sebastian Henke beteiligt, das sogenannte „responsive Gerüstverbindungen“ erforscht. Dabei handelt es sich um poröse Materialien, die sich unter Reiz strukturell verändern und dabei neue Lumineszenz-Effekte zeigen können. An der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie stehen den TU-Teams umfangreiche Synthesemöglichkeiten für solche Materialien ebenso wie besondere Messgeräte zur Verfügung, die Lumineszenz-Untersuchungen über ein breites Temperaturspektrum ermöglichen – von Raumtemperatur bis fast zu Weltraumbedingungen (4 Kelvin). Eine deutschlandweite Besonderheit ist außerdem, dass diese Messungen auch unter Hochdruckbedingungen durchgeführt werden können.

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