Interaktive Oberflächen

Nanotribologie 5

Der Programmbereich Interaktive Oberflächen befasst sich mit physikalischen Wechselwirkungen an Grenzflächen von Materialien. Mechanische Phänomene wie Adhäsion, Reibung, Schmierung und Verschleiß an Oberflächen bestimmen die Funktion, die Qualität und die Wahrnehmung von Materialien auf allen Längenskalen. Drei Themengebiete bilden die Schwerpunkte unserer experimentellen Forschung. Der Bereich Molekulare Mechanik von Biomaterialien bestimmt molekulare Kräfte an den Oberflächen biologischer Materialien, um die Mechanismen von Bioadhäsion und Mechanotransduktion besser zu verstehen und kontrollieren zu können. Im Bereich Nanotribologie werden die atomaren Grundlagen der Reibungsphänomene erforscht. Im Zentrum unserer Methoden steht in diesen Bereichen die hochauflösende Kraftmikroskopie, deren Empfindlichkeit das Studium einzelner Moleküle und Bindungen erlaubt. Auf einer größeren Skala gehen wir im Bereich Taktile Wahrnehmung von Materialien der Reibung unserer Haut gegen verschiedene Oberflächen nach und untersuchen den Beitrag der Reibung zur menschlichen Wahrnehmung der Materialien. In allen Projekten des Programmbereichs arbeiten Doktorandinnen und Doktoranden sowie Studierende der Universität des Saarlands mit.

Kontakt

Prof. Dr. Bennewitz, Roland
Leiter
Ombudsperson Gute Wissenschaftliche Praxis
Telefon: +49 (0)681-9300-213
Dr. Blass, Johanna 1
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-238
Sekretärin
Telefon: +49 (0)681-9300-274
    Molekulare Mechanik von Biomaterialien (Dr. Johanna Blass)

    Nanotribologie 6

    Der Bereich Molekulare Mechanik von Biomaterialien erforscht molekulare Kräfte in biologischen Materialien, um die Mechanismen von Bioadhäsion und Mechanotransduktion besser zu verstehen und kontrollieren zu können. Als Modellsysteme nutzen wir synthetische Biomaterialien, die die natürliche Umgebung von Zellen nachahmen. In aktiven Materialien kommen lichtgetriebene molekulare Motoren zum Einsatz, die die Zellen mechanisch stimulieren.

    Wir untersuchen die mechanischen Eigenschaften der Hydrogel-Materialien auf der Skala einzelner Polymere, indem wir mit der sehr feinen Spitze des Rasterkraftmikroskops an dem molekularen Netzwerk ziehen. Außerdem nutzen wir DNA-Origami-Konstrukte als molekulare Bausteine, um Kraftsensoren in Biomaterialien zu integrieren. Zur gleichzeitigen Kraftmessung an hunderten von einzelnen Molekülen entwickeln wir neue Messmethoden auf der Basis von Partikelbewegung in mikrofluidischen Kanälen.

    Neuere Veröffentlichungen:

    1. Blass, B. Bozna, M. Albrecht, G. Wenz, R. Bennewitz: Molecular kinetics and cooperative effects in friction and adhesion of fast reversible bonds, Phys.Chem.Chem.Phys. 2019, 21, 17170
    2. Çolak,Bin Li, J. Blass, K. Koynov, A. del Campo, R. Bennewitz: The mechanics of single cross-links which mediate cell attachment at a hydrogel surface, Nanoscale, 2019, 11, 11596
    3. Y. Zheng, M.K.L. Han, R. Zhao, J. Blass, et al., Optoregulated force application to cellular receptors using molecular motors, under review 2021
    Nanotribologie

    Nanotribologie

    Im Bereich Nanotribologie werden die molekularen Grundlagen von Reibung, Schmierung und Verschleiß erforscht. Wir bauen dabei auf unsere Expertise in der hochauflösenden Reibungskraftmikroskopie und in der Präparation neuer Oberflächenmaterialien.

    Zweidimensionale Materialien wie das Graphen oder MoS2 sind spektakulär gute Schmierstoffe. Wir untersuchen atomare Reibungsprozesse auf diesen Materialien unter Vakuumbedingungen und loten die Grenzen ihrer mechanischen Stabilität aus. Dieses Projekt wird im Rahmen des Schwerpunktprogramms „2D Materials – Physics of van der Waals [hetero]structures (2DMP)” (SPP 2244) von der DFG unterstützt.

    Reibung hängt empfindlich von der chemischen Struktur der Oberfläche ab, die sich mittels elektrochemischer Methoden kontrollieren lässt. Wir untersuchen die Schaltbarkeit von Reibung und Verschleiß mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie in einer elektrochemischen Zelle. Dabei kommt es auch auf die molekulare Struktur der eingeschnürten (ionischen) Flüssigkeiten an, die die Scherviskosität der nanometer-starken Schmierfilme bestimmt.

    Neuere Veröffentlichungen:

    1. Ma and R. Bennewitz: Nanoscale friction and growth of surface oxides on a metallic glass under electrochemical polarization, Tribology International 158, 2021, 106925
    2. Krämer and R. Bennewitz: Molecular Rheology of a Nanometer-Confined Ionic Liquid, J. Phys. Chem. C 2019, 123, 28284
    3. A. Klemenz, L. Pastewka, S.G. Balakrishna, A. Caron, R. Bennewitz, M. Moseler: Atomic Scale Mechanisms of Friction Reduction and Wear Protection by Graphene, Nano Lett. 14, 2014, 7145
    Taktile Wahrnehmung von Materialien

    Haptics

    Die schnelle Entwicklung digitaler Technologien und Netzwerke hat unsere Kommunikation revolutioniert, die heute von visuellen Kanälen dominiert wird. Berührung und Anfühlen sind jedoch wesentliche Bestandteile unserer Weltwahrnehmung und unseres Wohlbefindens. Wir entwickeln Oberflächen mit definierter Mikrostruktur und Grenzflächenenergie für Materialien mit einer starken haptischen Ausstrahlung und der Perspektive einer effektiven taktilen Signalgebung. Unsere psychophysikalischen Projekte verknüpfen Kontaktmechanik, Reibung von Haut gegen die Materialien, Neurophysiologie und Wahrnehmung. Dazu arbeiten wir aktiv mit Dermatolog*innen, Neurowissenschaftler*innen und Psycholog*innen zusammen.

     

     

     


    Neuere Veröffentlichungen:

    1. Sahli, A. Prot, A. Wang, M. H. Müser, M. Piovarči, P. Didyk, and R. Bennewitz: Tactile perception of randomly rough surfaces, Sci Rep 2020, 10, 15800
    2. Lyu, N. Özgün, D.J. Kondziela, and R. Bennewitz: Role of Hair Coverage and Sweating for Textile Friction on the Forearm, Tribol Lett 2020, 68, 100_1-9
    3. N. Özgün, D.J. Strauss, R. Bennewitz: Tribology of a Braille Display and EEG Correlates, Tribology Letters (2018) 66:16