Unsere Forschungsabteilung untersucht die mechanischen Eigenschaften von Materialien mit einem Fokus auf die Oberfläche. Wir streben ein Verständnis der Mechanismen von Adhäsion, Reibung und Verschleiß durch innovative Experimente an und tragen so zu einem Design von neuen Materialien mit mechanischen Funktionen bei. Unsere Projekte zielen beispielsweise auf die Kontaktmechanik neuartiger Schmierstoffe, die Nanomechanik von Biomaterialien, und die Berührungswahrnehmung von mikrostrukturierten Materialien.
Mitarbeiter/innen
Forschung
Molekulare Mechanik weicher Materie
Mit Hilfe der hochauflösenden Rasterkraftmikroskopie untersuchen wir molekulare Kräfte an der Oberfläche weicher Materialien. Einzelmolekül-Kraftspektroskopie an Hydrogelen trägt zu einem Verständnis und einer Kontrolle der Mechanismen von Bioadhäsion und Mechanotransduktion auf Biomaterialien bei. In aktiven Materialien setzen wir lichtgetriebene molekulare Motoren für die mechanische Stimulation ein. Für schnelle molekulare Kraftmessungen mit hohem Durchsatz entwickeln wir neuartige Methoden, die auf der Bewegung gebundener Partikel in mikrofluidischen Kanälen beruhen.
Wichtige Veröffentlichungen:
- B. Li, A. Çolak et al.,
Molecular stiffness cues of an interpenetrating network hydrogel for cell adhesion
Materials Today Bio, 15 (2022) 100323. - Y. Zheng, M.K.L. Han, R. Zhao, J. Blass, et al.,
Optoregulated force application to cellular receptors using molecular motors
Nature Communications, 12 (2021) 3580. - M. Penth et al.,
Nanomechanics of self-assembled DNA building blocks
Nanoscale, 13 (2021) 9371-9380. - Colak, B. Li, et al.,
The mechanics of single cross-links which mediate cell attachment at a hydrogel surface
Nanoscale, 11 (2019) 11596-11604.
Nanotribologie
Reibungskraftmikroskopie im Ultrahochvakuum oder in wässrigen Lösungen zeigt molekulare Mechanismen der Reibung auf. Wir untersuchen zum Beispiel die Grenze der Superlubrizität von 2D-Materialien unter hohem lokalem Druck. Wir entwickeln unsere Forschungsarbeiten weiter in Richtung der Nanotribologie von Hydrogelen und untersuchen dissipative Wechselwirkungen einzelner fluktuierender Polymere.
Wichtige Veröffentlichungen:
- B. Szczefanowicz, et al.,
Formation of intermittent covalent bonds at high contact pressure limits superlow friction on epitaxial graphene,
Physical Review Research, 5 (2023) L012049. - K. Schellnhuber et al.,
Single-Polymer Friction Force Microscopy of dsDNA Interacting with a Nanoporous Membrane,
Langmuir, 40 (2024) 968-974. - Z. Liu et al.,
Nanoscale friction on MoS2/graphene heterostructures,
Nanoscale, 15 (2023) 5809-5815.
Taktile Wahrnehmung von Materialien
Reibung mit der Fingerspitze spielt eine Schlüsselrolle im taktilen Erfühlen von Materialien und in der Wahrnehmung von Materialeigenschaften und Oberflächenstrukturen. Wir setzen psychophysikalische Studien ein, um Korrelationen zwischen der Reibung der Fingerspitze und individuellen Einschätzungen der Berührung von Materialien aufzuspüren.
Wichtige Veröffentlichungen:
- R. Sahli et al.,
Tactile perception of randomly rough surfaces
Scientific Reports, 10 (2020) 15800. - Gedsun et al.,
Bending as Key Mechanism in the Tactile Perception of Fibrillar Surfaces
Advanced Materials Interfaces, 9 (2022) 2101380. - M. Fehlberg et al., Perception of Friction in Tactile Exploration of Micro-structured Rubber Samples, in Haptics: Science, Technology, Applications, Springer 2022, pp. 21-29.
Materialien für die Zukunft der taktilen Kommunikation
Materialien mit schaltbarer Oberflächenstruktur ermöglichen die schnelle Übertragung von Information durch Variation der gespürten Berührung. Wir entwickeln mikrostrukturierte Elastomere, deren Oberflächenwelligkeit durch angelegte elektrische Felder oder pneumatische Mechanismen verändert wird. Die sensorische Verarbeitung einer solcher Stimulation wird mit Hilfe von EEG und MEG bestimmt.
Wichtige Veröffentlichungen:
Publikationen
Labuda, Aleksander | Lysy, Martin | Paul, William | Miyahara, Yoichi | Grütter, Peter | Bennewitz, Roland | Sutton, Mark
Physical Review E , 2012, 86 (3), 031104.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.86.031104
Mishra, Maneesh | Egberts, Philip | Bennewitz, Roland | Szlufarska, Izabela
Physical Review B , 2012, 86 (4), 045452.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.86.045452
Egberts, Philip | Gralla, Robert | Bennewitz, Roland
Physical Review B , 2012, 86 (3), 035446.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.86.035446
Brörmann, Katrin | Burger, Karin | Jagota, Anand | Bennewitz, Roland
Journal of Adhesion , 2012, 88 (7), 589-607.
http://dx.doi.org/10.1080/00218464.2012.682897
Churyumov, A. Y. | Bazlov, A. I. | Zadorozhnyy, V. Y. | Solonin, A. N. | Caron, Arnaud | Louzguine-Luzgin, Dmitri V.
Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing , 2012, 550 358-362.
http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2012.04.087
Held, Christian | Seyller, Thomas | Bennewitz, Roland
Beilstein Journal of Nanotechnology , 2012, 3 179-185.
http://dx.doi.org/10.3762/bjnano.3.19
Caron, Arnaud | Wunderlich, Rainer | Louzguine, Dmitri V. | Egami, Takeshi | Fecht, Hans-Jörg
Philosophical Magazine Letters , 2012, 91 (12), 751-756.
http://dx.doi.org/10.1080/09500839.2011.616181
Caron, Arnaud | Kawashima, Asahi | Fecht, Hans-Jörg | Louzguine-Luzguin, Dmitri V. | Inoue, Akihisa
Applied Physics Letters , 2011, 99 (17), 171907.
http://dx.doi.org/10.1063/1.3655999
Hausen, Florian | Gosvami, Nitya Nand | Bennewitz, Roland
Electrochimica Acta , 2011, 56 (28), 10694-10700.
http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2011.03.013
Gosvami, Nitya Nand | Feldmann, Michael | Peguiron, Joël | Moseler, Michael | Schirmeisen, André | Bennewitz, Roland
Physical Review Letters , 2011, 107 (14), 144303.
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.144303