Dr. Michael Walter, Dr. Dominik Linsler, Prof. Dr. Michael Moseler, Dr. Leonhard Mayrhofer

Die kontrollierte Bildung und Auflösung schwacher chemischer Bindungen ist eine vielseitige Methode, um die Eigenschaften von Materialien zu verändern. Anthracen-[4+4]-Cycloaddukte sind ein Paradebeispiel hierfür, denn sie enthalten Bindungen, welche durch Licht gebildet und durch äußere Kräfte wieder geöffnet werden können. In einem kürzlich veröffentlichten Zeitschriftenbeitrag befassen wir uns mit der theoretischen Beschreibung der Mechanochemie dieser Cycloaddukte. Die dafür standardmäßig angewandte Methode »constraint geometry simulates forces (CoGEF)« versagt aufgrund der fehlenden Berücksichtigung der Temperatur. Eine explizite Einbeziehung externer Kräfte ermöglicht jedoch die Bestimmung der Übergangsbarrieren, welche eindeutig vom Bruch der [4+4]-Interanthracen-Bindungen dominiert werden. Andere Bindungsöffnungen kommen erst bei extrem großen Kräften ins Spiel, die unter Umgebungsbedingungen nicht zu erwarten sind.

Die theoretischen Ergebnisse stehen im Einklang mit der experimentellen Rheologie von [4+4]-gebundenen Anthracenpolymeren. Diese zeigt eine reversible Neubildung von [4+4]-Cycloadditionsbindungen mit UV-Licht nach einem mechanochemischen Bindungsbruch unter Scherbeanspruchung. Der Bindungsbruch wird dabei mechanisch in quervernetzten Polymerstrukturen erzeugt. Im Gegensatz dazu sind linear vernetzende Polymerstrukturen unter Scherung bei tribologischer Belastung stabil. Die Anthracenbindungen in linearen Polymeren / Schmierstoffen können bei Temperaturen über 140 °C oder unter UV-Einstrahlung niedrigerer Wellenlänge jedoch reversibel geöffnet und unter UV-Bestrahlung höherer Wellenlänge erneut vernetzt werden. Die so entstehenden Möglichkeiten eines »programmierbaren Materials« werden im Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien CPM für einen in seiner Rheologie reversibel schaltbaren Schmierstoff genutzt. Eine vielversprechende technische Anwendung liegt in der Umformtribologie. 

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