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Information für die Wissenschaft Nr. 04 | 13. Januar 2015
DFG-Schwerpunktprogramm „Feldgesteuerte Partikel-Matrix-Wechselwirkungen: Erzeugung, skalenübergreifende Modellierung und Anwendung magnetischer Hybridmaterialien“ (SPP 1681)

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat 2013 die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Feldgesteuerte Partikel-Matrix-Wechselwirkungen: Erzeugung, skalenübergreifende Modellierung und Anwendung magnetischer Hybridmaterialien“ (SPP 1681) beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. Für die zweite Förderperiode wird zur Einreichung von Neu- und Fortsetzungsanträgen aufgerufen.

Multifunktionale Hybridmaterialien stellen in der modernen Materialforschung eine zukunftsweisende Klasse von Werkstoffen dar, die ein breites Spektrum möglicher Anwendungen erlauben. Insbesondere stimuliresponsive Materialien, die auf Veränderungen in der Umgebung mit einer Änderung ihrer Eigenschaften reagieren, können technologische Innovationen vorantreiben und versprechen damit bis ins Alltagsleben signifikante Verbesserungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Chemie, Physik und Materialwissenschaft sind an der aktuell raschen Entwicklung neuer Materialeigenschaften beteiligt und tragen zu einem innovativen interdisziplinären Forschungsgebiet bei.

Die Verwendung magnetischer Felder ist als externer Stimulus zur Steuerung von Materialeigenschaften von erheblichem technischen Interesse, da Magnetfelder leicht erzeugbar und gut kontrollierbar sind. Magnetisch kontrollierte Materialien wie zum Beispiel Suspensionen magnetischer Nano- beziehungsweise Mikropartikel können ihr Verhalten bei vertretbarem technischem Aufwand stark verändern. Magnetorheologische Elastomere, bei denen magnetische Partikel in einer elastischen Matrix eingebettet werden, stellen einen ersten Schritt in Richtung magnetischer Hybridmaterialien mit steuerbarer Partikel-Matrix-Wechselwirkung dar.

Bei solchen Materialien aus einer partikulären magnetischen Komponente in einer komplexen Matrix liefert die wechselseitige Beeinflussung von Partikeln und Matrix einen zusätzlichen Parametersatz im Materialverhalten. Mit diesem können über magnetisch gesteuerte Veränderungen neuartige Materialeigenschaften erzeugt werden. Dabei ist die Kenntnis der Wechselwirkung zwischen den Partikeln und der umgebenden Matrix wichtig für die Analyse des Materialverhaltens an sich, gleichzeitig aber auch die Grundlage für ein erweitertes Verständnis des Verhaltens magnetischer Nanopartikel in biomedizinischen Anwendungen. Die Wechselwirkung der Partikel im Kontakt mit Zellen und biologischem Gewebe ist von entscheidender Bedeutung sowohl für die Gewebeaufnahme der Partikel und für ihre Biodistribution als auch für das Relaxationsverhalten der Partikel, wie es etwa für die magnetisch gestützte Bildgebung verwendet wird.
Für das Schwerpunktprogramm spannt sich das Feld der Problemstellungen von der Synthese magnetischer Hybridmaterialien über die Charakterisierung von Materialverhalten und Mikrostruktur und der theoretischen Beschreibung der Zusammenhänge bis hin zu technischen und medizinischen Anwendungen. Im Zentrum des Schwerpunktprogramms stehen dabei fünf Kernfragen:

  • Synthetisieren entsprechender Materialien, Erforschung der Beeinflussung des Materialverhaltens durch eine Partikel-Matrix-Wechselwirkung.
  • Skalenübergreifende Beschreibung des Materialverhaltens, die die magnetische Steuerbarkeit der Materialeigenschaften auf mikroskopischer Basis erklärt. Diese Materialmodellierung ist auch erforderlich, um für die Anwendung Materialgesetze zu erzeugen, die auf einem detaillierten Materialverständnis beruhen.
  • Experimentelle Untersuchung des Materialverhaltens im Magnetfeld; Untersuchung, welche Veränderungen der Materialeigenschaften durch die Variation ihrer inneren Struktur im Magnetfeld erzeugt werden können.
  • Aufbauend auf dem Verständnis der magnetischen Hybridmaterialien kann dann die Frage geklärt werden, welche Möglichkeiten sie in neuartigen aktorischen und sensorischen Anwendungen bieten.
  • Zudem ermöglicht dieses Verständnis die Frage, wie sich die Effektivität des biomedizinischen Einsatzes magnetischer Nanopartikel durch eine Steuerung der Wechselwirkung zwischen funktionalisierten Partikeln und Gewebe verbessern lässt.

Disziplinübergreifend sollen auf der Basis direkter Kooperationen diese grundsätzlichen Fragen gelöst werden. Es ist dabei das entschiedene Ziel, durch fachübergreifende Zusammenarbeit verschiedener Arbeitsgruppen das Verständnis magnetischer Hybridmaterialien voranzutreiben. Aus diesem Grund soll dem Aspekt der Kooperation mit anderen Gruppen innerhalb des Programms bei der Antragstellung besonderes Gewicht beigemessen werden.

Fortsetzungsanträge sowie neue Projektanträge für die zweite zweijährige Förderperiode können bis einschließlich 20. April 2015 bei der DFG eingereicht werden. Mit einer Förderentscheidung ist im Oktober 2015 zu rechnen.

Die Antragstellung erfolgt zwingend über das elan-Portal – dieses steht Ihnen für die Erfassung der antragsbezogenen Daten und zur sicheren Übermittlung von Dokumenten unter https://elan.dfg.de zur Verfügung. Bitte wählen Sie den Schwerpunkt aus der angebotenen Liste aus.

Bitte berücksichtigen Sie für den Fall, dass es sich bei dem Antrag innerhalb dieses Schwerpunktprogramms um Ihren ersten Antrag bei der DFG handelt, dass Sie sich vor der Antragstellung im elan-Portal unter https://elan.dfg.de registrieren müssen. Die Bestätigung der Registrierung erfolgt in der Regel bis zum darauffolgenden Arbeitstag. Ohne vorherige Registrierung ist eine Antragstellung nicht möglich.

Bei der Antragstellung zu beachten sind die Hinweise im Merkblatt Schwerpunktprogramm 50.05, Teil B – Allgemeine Informationen zur Antragstellung (insbesondere zur Antragsberechtigung und zu den beantragbaren Mitteln) und im Merkblatt 54.01 Leitfaden für die Antragstellung.

Weiterführende Informationen

Weitere Informationen zum Schwerpunktprogramm sind zu finden unter:

Das elektronische elan-Portal steht zur Verfügung unter:

Die zu verwendenden DFG-Formulare und Merkblätter stehen unter:

Fragen zu den wissenschaftlichen Zielen des Schwerpunktprogramms richten Sie bitte an den Koordinator:

Weitergehende Fragen zur Antragstellung beantworten Ihnen bei der DFG:

  • Dr. Michael Lentze
    Deutsche Forschungsgemeinschaft
    Kennedyallee 40
    53175 Bonn
    Tel. +49 228 885-2449
    Fax +49 228 885-2777
    Michael.Lentze@dfg.de

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