德国研究基金会批准在美因茨大学建立新的合作研究中心

当我们谈论缺陷时，我们通常会想到瑕疵或缺陷。然而，就材料科学而言，缺陷代表着机会之窗。位于美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU) 并由其管理的软物质领域的新合作研究中心 (CRC) 将探索这些机会。德国研究基金会 (DFG) 已批准 CRC 1552“软物质中的缺陷和缺陷工程”，并将在未来四年内提供约 800 万欧元的资金。参加的还有马克斯普朗克聚合物研究所和弗劳恩霍夫微工程和微系统 IMM 研究所。参与研究人员来自生物、化学、和物理学将采用创新方法，目标是为涉及缺陷工程的软物质开发一种新颖的设计概念。同样的基本原理被用于开发使我们的数字世界成为可能的半导体。

缺陷可以决定材料的功能

软物质是我们日常生活的一部分，大量不同的物质都属于此类材料——从沐浴露和牙膏到橡胶和纸张，再到酸奶、乳胶漆和各种塑料，仅举几例。甚至植物、动物和人类在很大程度上也是由软物质组成的，软物质主要构成生物物质，如血液和组织。这个词本身只有大约 30 年的历史，最初是由 Pierre-Gilles de Gennes 创造的，他因在该领域的工作于 1991 年获得诺贝尔奖。尽管相关物质看起来最多样化，但它们也有某些共同点：“软物质由相对较大的构件组成，同时通过相对较弱的能量相互作用，”JGU 的塞巴斯蒂安塞弗特教授解释说，

问题是，这种具有大量不同结构和通常组织不连贯的底层框架的材料如何能够像半导体一样配置，从而彻底改变了我们的生活方式。“通常情况下，缺陷决定了材料的功能，”塞巴斯蒂安塞弗特教授解释说，他描述了未来研究的起点。例如，金属和类金属的半导体特性是缺陷的结果，例如当类金属硅通过用替代物局部替换单个硅原子而制成导电半导体时。另一个例子是大马士革钢，其特性归功于掺有碳并具有精细的微观结构。然而，目前还没有很多方法来理解、评估和调节软物质中的缺陷。“在这方面，液晶是唯一值得注意的例外”，Seiffert 指出。Seiffert 是美因茨约翰内斯古腾堡大学聚合物物理化学教授，三年前，他撰写了一篇关于缺陷及其在软物质中的操纵的广泛评论论文，从而为一个新的研究领域提供了轮廓。

美因茨提供了理想的研究环境

“感谢美因茨研究中心，我们现在能够在合作研究中心的背景下研究这个主题，”Seiffert 强调说。化学、高分子科学和软物质物理学学科的杰出专业知识汇聚于此，研究人员从手头密切而富有成效的合作中获益，这些合作可以很容易地扩展。Seiffert 与马克斯普朗克聚合物研究所所长 Kurt Kremer 教授、JGU 物理研究所的 Friederike Schmidt 教授和 JGU 化学系的 Pol Besenius 教授一起定义了三种类型的缺陷，他们将重点关注掺杂缺陷、连通性缺陷和拓扑缺陷。这种缺陷决定了例如柔性太阳能电池的属性，

在第一个四年的资助期内，研究人员的目标是了解缺陷并在一定程度上对其进行管理，而随后对各种缺陷进行工程设计以生产组件的功能元件将处于工作的前沿。最终目标是将所有三种缺陷类型组合在一个系统中。塞弗特在描述项目目标时说：“我们将尝试像乐器一样调整这些个别缺陷，使它们和谐地演奏。”

拓展高分子研究领域

新的 CRC 1552 将涉及总共 21 名项目经理，其中包括 10 名早期职业研究人员。其中四位拥有初级教授职位，并有终身教职选项。因此，CRC 成为促进年轻研究人才的主要工具。参与的女性研究人员比例(33%)高于平均水平。

2023 年 1 月，合作研究中心 1551“细胞功能中的聚合物概念”在美因茨大学的支持下启动。参与研究人员的目标是将聚合物研究的发现应用于分子过程，以更好地了解体细胞中发生的事情。“这两个项目形成了协同串联，”Seiffert 总结道。他们将把高分子科学带向新的方向——进入材料和生命科学领域。