Ziel unserer Forschungsarbeiten ist, ein umfassendes Verständnis der makroskopischen Eigenschaften kondensierter Materie auf der Grundlage der mikroskopischen Struktur und Dynamik zu erlangen. Dieses Wissen ist nicht zuletzt für eine gezielte Optimierung der Materialeigenschaften unerlässlich.

Forschungsthemen

Einen Schwerpunkt unserer Forschungsbemühungen bildet die Untersuchung komplexer molekularer Bewegungsprozesse in Materialien mit struktureller Unordnung. Hierfür kombinieren wir häufig experimentelle Studien, vor allem kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR), mit computergestützten Analysen, wie z.B. molekulardynamischen Simulationen.

Flüssigkeiten an Grenzflächen

In der Natur und Technologie befinden sich Flüssigkeiten, insbesodere Wasser, oft an den Oberflächen von Festkörpern oder Makromolekülen. Die spezifischen Wechselwirkungen mit diesen Grenzflächen verändern die Eigenschaften der Flüssigkeiten in der Regel stark. Wir entwickeln ein Verständnis für die Zusammenhänge, indem wir die Struktur und Dynamik von Flüssigkeiten in Abhängigkeit des Abstands verschiedener Grenzflächen analysieren.

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Ionentransport in Energiematerialien

Der Ionentransport in Festkörpern spielt für viele moderne Energietechnologien eine zentrale Rolle. Lithium-Ionen-Batterien sind hierfür ein Paradebeispiel. Wir bestimmen den mikroskopischen Mechanismus der Ionenbewegung, um die Faktoren zu identifizieren, welche den Ladungstransport und damit die Performance von Energiematerialien begrenzen.

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Anomalien von Wasser

Ein grundlegendes Verständnis der Anomalien von Wasser fehlt noch immer. Eine vielbeachtete Hypothese sieht die Ursache in einem Übergang zwischen zwei flüssigen Phasen im unterkühlten Zustand. Zum Test dieser Hypothese untersuchen wir die Eigenschaften von flüssigem Wasser bei tiefen Temperaturen. Hierfür unterdrücken wir die Kristallisation z.B. durch Einschluss in Nanoporen.

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Dynamik von Proteinen

Für die biologischen Funktionen von Proteinen ist die Anwensenheit eines geeigneten Lösungsmittels erforderlich. Das zugrundeliegende Zusammenspiel von Protein- und Lösungsmitteldynamik ist jedoch noch immer weitgehend ungeklärt. Mit Experimenten und Simulationen an wohldefinierten Modellsystemen versuchen wir mehr über die Zusammenhänge herausfinden.

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Ionische Flüssigkeiten

Aufgrund vieler interessanter Eigenschaften besitzen ionische Flüssigkeiten zahlreiche Anwendungen, z.B. als umweltverträgliche Lösungsmittel. Die komplexen chemischen Strukturen der Ionen führen aber oft zu räumlich inhomogenem Verhalten auf der Nanometer-Skala. Wir studieren wie diese Inhomogenitäten das anwendungsrelevante Zusammenspiel zwischen kurz- und langreichweitiger Dynamik beeinflussen.

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Glasübergang

Obwohl Menschen seit Jahrhunderten Gläser herstellen, ist das Erstarren einer Flüssigkeit zum Glas auf mikroskopischer Ebene noch immer unverstanden. Um zu einem grundlegenden Verständnis des Glasübergangs beizutragen, erforschen wir kooperative und heterogene Bewegnungprozesse, denen in theoretischen Ansätzen eine wichtige Rolle zugeschrieben wird.

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Polymerkomposite und -elektrolyte

Polymere sind die zentrale Komponente von Kunststoffen und vielen weiteren modernen Materialien. Hierbei handelt es sich oft um Komposite, die neben Polymeren weitere Bestandteile enthalten, um gewünschte Eigenschaften einzustellen. Wir untersuchen die Wechselwirkungen von Polymeren mit Festkörperoberflächen oder Ionen, die für Anwendungen in Nanokompositen und Polymerelektrolyten wichtig sind.

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