Frank Katzenberg

Dr. rer. nat. habil. Frank Katzenberg


Telefon:0231/755-5333
Raum:G1-426

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Lebenslauf

1989 – 1995 Physikstudium an der Universität Dortmund Diplomarbeit zum Thema „Charakterisierung epitaktischer Polymergrenzflächen“ bei Prof. Dr. J. Petermann (Lehrstuhl für Werkstoffkunde, Universität Dortmund)
1996 – 1998 Promotion zum Thema „Metallische Aufdampfschichten auf Polymersubstraten“ bei Prof. Dr. J. Petermann (Lehrstuhl für Werkstoffkunde, Universität Dortmund)
1999 – 2000 Ressourcenleiter „Dünnfilmtechnik“ am Fraunhofer Institut für Biomedizinische Technik (IBMT) in St. Ingbert
seit 2001 Gruppenleiter „Polymerphysik“ am Lehrstuhl Polymerwissenschaften und Biomaterialien (ehemals Lehrstuhl für Werkstoffkunde)
2018 Habilitation zum Thema „Vernetzung als Werkzeug für innovative Polymereigenschaften“

Forschungsgebiet

Die Arbeiten der Gruppe „Polymerphysik“ beschäftigen sich mit Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und verfolgen die Zielsetzung das Eigenschaftsprofil von Hochpolymeren signifikant zu verbessern oder sogar um neuartige, innovative Eigenschaften zu erweitern.

Neuartige Eigenschaften durch „kritische Vernetzung“
Unter kritischer Vernetzung versteht man die Vernetzung von Polymeren auf der Grenze zwischen thermoplastischem zu elastomerem Verhalten. Ziel einer derart geringfügigen Vernetzung ist es, die Eigenschaften des ursprünglichen Thermoplasts (Kristallisationsfähigkeit, Kristallinität, Schmelztemperatur, Steifigkeit, Festigkeit, etc.) weitestgehend zu erhalten und mit denen eines typischen Elastomers (reversibles gummielastisches Verhalten der Polymerschmelze) zu kombinieren. Bisher konnte gezeigt werden, dass eine kritische Vernetzung nicht nur dazu dienlich ist, prinzipiell jedem Polymer einen Formgedächtnis-Effekt mit extrem großer speicherbarer Dehnung und mechanischer Arbeit aufzuprägen, sondern auch dazu genutzt werden kann die entropisch motivierte Relaxation effizient zu kontrollieren, zu verzögern oder gar gänzlich zu unterdrücken.
Beispielsweise konnte das das Konzept der kritischen Vernetzung ausgenutzt werden, um Naturkautschuk einen Formgedächtnis-Effekt mit außergewöhnlichen Eigenschaften aufzuprägen. Kritisch vernetzter Naturkautschuk (SMNR) ist nicht nur in der Lage enorm große Dehnungen und mechanische Energien zu speichern, sondern lässt sich auch kaltprogrammieren. Das bedeutet, dass bei diesem Formgedächtnis-Polymer die typischerweise zum Programmieren notwendige Erwärmung oberhalb der Triggertemperatur, um das Material überhaupt gummielastisch verformbar zu machen, sowie das Abkühlen unterhalb der Triggertemperatur nach erfolgter Verformung entfällt. Weiterhin hebt sich SMNR von anderen Formgedächtnispolymeren dadurch ab, dass die Triggertemperatur keine Material-Konstante ist, sondern sich in weiten Grenzen durch Variation bestimmter Parameter während der Programmierung sowie durch Beaufschlagung mit mechanischer Spannung oder Lösungsmitteln auch noch nach erfolgter Programmierung einstellen lässt. Als weiteres Alleinstellungsmerkmal wurden mechanische und chemische Triggermöglichkeiten und die Fähigkeit der qualitativen sowie quantitativen Lösungsmitteldampf-Sensorik herausgearbeitet.

Mikro-/Nanostrukturierung von Polymeroberflächen (Poor Men´s Nanotechnology)
Im Sinne einer kostengünstigen Erzeugung periodisch mikro-/nanostrukturierter Polymeroberflächen wurden Elastomere im gedehnten Zustand ionisierender Strahlung ausgesetzt und anschließend entspannt. Strahlungsbedingtes Aufbrechen von Netzbögen, Relaxation der Netzbogenfragmente und erneute Vernetzung führen zu einer dünnen relaxierten Oberflächenschicht, die sich beim Entspannen des Elastomers zu einer wellenförmigen Topographie selbstorganisiert. Mechanistische Untersuchungen zeigten, dass die selbstorganisierende, wellenförmige Topographie durch den Dehnungszustand des Elastomers sowie Art und Energie der verwendeten Strahlung gezielt und reproduzierbar beeinflussbar ist.
Derartige mikro-/nanostrukturierte Oberflächenstrukturen können beispielsweise zur Hydrophobie-Stabilisierung von Teilentladungs-belasteten Silikon-Hochspannungsisolatoren eingesetzt werden oder durch Schrägbeschattung mit Metallen zur Herstellung variabel einstellbarer, periodisch mikro-/nanostrukturierter Substrate für die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (SERS) ausgenutzt werden.


Publikationen

  • D. Segiet, T. Raidt, H. Özdem, S. Weckes, J.C. Tiller, F. Katzenberg
    Thermo-/Moisture-Responsive Shape-Memory Effect of Poly(2-Ethyl-2-Oxazoline) Networks
    J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. doi:10.1002/polb.24859 (2019)
  • T. Raidt, P. Santhirasegaran, R. Hoeher, J.C. Tiller, F. Katzenberg
    Shock-and Energy Absorption Capability of Cold-Programmable Shape Memory Polymers
    Macromolecular Chemistry and Physics 1800274 (2018)
  • T. Raidt, M. Schmidt, J.C. Tiller, F. Katzenberg
    Cross-Linking of Semi-Aromatic Polyesters Towards High Temperature Shape Memory Polymers with Full Recovery
    Macromolecular Rapid Communications  39 (6), 1700768 (2018)
  • S. Sommer, T. Raidt, A. Engel, J.C. Balzer, B.M. Fischer, F. Katzenberg, J.C. Tiller, M. Koch
    Investigating the crystallinity of Poly(butylene)terephthalate (PBT): Correlation between THz TDS measurements and X-ray scattering data
    42nd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, IRMMW-THz (2017)
  • T. Raidt, R. Hoeher, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Multiaxial Reinforcement of Cross-Linked Isotactic Polypropylene upon Uniaxial Stretching
    Macromolecular Materials and Engineering 302, 1600308 (2017)
  • M. Schmidt, T. Raidt, S. Ring, S. Gielke, C. Gramse, S. Wilhelm, F. Katzenberg, C. Krumm, J. C. Tiller
    Investigations on „near perfect“ poly(2-oxazoline) based amphiphilic polymer conetworks with a crystallizable block
    European Polymer Journal 88, 562-574 (2017)
  • N. Gushterov, F. Doghieri, D. Quitmann, E. Niesing, F. Katzenberg, J. C. Tiller, G. Sadowski
    VOC Sorption in Stretched Cross-Linked Natural Rubber
    Industrial & Engineering Chemistry Research 55 (26), 7191-7200 (2016)
  • T. Raidt, R. Hoeher, M. Meuris, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Ionically Cross-Linked Shape Memory Polypropylene
    Macromolecules, 49 (18), 6918-6927 (2016)
  • R. Hoeher, T. Raidt, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Heating Rate Sensitive Multi-Shape Memory Polypropylene: A Predictive Material
    ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 13684-13687 (2016)
  • F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Shape Memory Natural Rubber
    Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics , 54, 1381-1388 (2016)
  • S. Sommer, T. Raidt, B. M. Fischer, F. Katzenberg, J. C. Tiller, M. Koch
    THz-Spectroscopy on High Density Polyethylene with Different Crystallinity
    Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 37 (2), 189-197 (2016)
  • R. Hoeher, T. Raidt, N. Novak, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Shape Memory PVDF Exhibiting Switchable Piezoelectricity
    Molecular Rapid Communications 36 (23), 2042-2046 (2015)
  • F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Vielmehr als nur Gummi
    Nachrichten aus der Chemie, Juni 2015, 623-626 (2015)
  • T. Raidt, R. Hoeher, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Chemical Cross-linking of Polypropylenes Towards New Shape Memory Polymers
    Macromolecular Rapid Communications 36 (8), 744-749 (2015)
  • D. Quitmann, F. M. Reinders, B. Heuwers, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Programming of Shape Memory Natural Rubber for Near-Discrete Shape Transitions
    ACS Applied Materials and Interfaces 7 (3), 1486-1490 (2015)
  • D. Quitmann, M. Dibolik, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Altering the Trigger-Behavior of Programmed SMNR by Solvent Vapor
    Macromolecular Materials and Engineering 300 (1), 25-30 (2015) 
  • F. Katzenberg, R. Hoeher, D. Quitmann, J.C. Tiller
    Shape-Memory Natural Rubber (SMNR): An Exceptional Material for Storing Strain, Cold and Energy
    MACRO 2014, Chiang Mai (2014)
  • F. Katzenberg, R. Hoeher, D. Quitmann, J.C. Tiller
    Shape Memory Properties of Natural Rubber
    MACRO 2014, Chiang Mai (2014)
  • R. Hoeher, T. Raidt, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Tunable Multiple-Shape Memory Effect of Lightly Cross-linked Polyethylene Blends
    MACRO 2014, Chiang Mai (2014)
  • R. Hoeher, T. Raidt, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Extending the Limits of Shape Memory Polymers: World Record in Strain Storage
    MACRO 2014, Chiang Mai (2014)
  • D. Quitmann, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Environmental memory of shape memory natural rubber
    MACRO 2014, Chiang Mai (2014)
  • D. Quitmann, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Solvent sensitive reversible stress answer of shape memory natural rubber
    MACRO 2014, Chiang Mai (2014)
  • D. Quitmann, R. Hoeher, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Shape Memory Natural Rubber
    248th ACS National Meeting, San Francisco (2014), Polymer Materials Science & Engineering
  • F. Katzenberg, R. Hoeher, J. C. Tiller
    Shape Memory Effect of Natural Rubber
    Polymertec 2014, Merseburg, (2014)
  • R. Hoeher, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Tunable Multi-Shape Memory Polyethylene Blends
    Polymertec 2014, Merseburg, (2014)
  • D. Quitmann, N. Gushterov, G. Sadowski, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Environmental Memory of Polymer Networks under Stress<
    Advanced Materials 26 (21), 3441-3444 (2014)
  • R. Hoeher, T. Raidt, M. Rose, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Recoverable strain storage capacity of shape memory polyethylene
    Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics  51 (13) 1033-1040 (2013)
  • R. Hoeher, T. Raidt, C. Krumm, M. Meuris, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Tunable Multiple-Shape Memory Polyethylene Blends
    Macromolecular Chemistry and Physics 214 (23), 2725-2732 (2013)
  • R. Hoeher, T. Raidt, M. Rose, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Recoverable Strain Storage Capacity of Shape Memory Polyethylene
    Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 51 (13), 1033-1040 (2013)
  • D. Quitmann, N. Gushterov, G. Sadowski, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Solvent-Sensitive Reversible Stress-Response of Shape Memory Natural Rubber
    ACS Applied Materials and Interfaces 5, 3504-3507 (2013)
  • B. Heuwers, A. Beckel, A. Krieger, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Shape Memory Natural Rubber: An Exceptional Material for Strain and Energy Storage
    Macromolecular Chemistry and Physics 214 (8), 912-923 (2013)
  • B. Heuwers, D. Quitmann, R. Hoeher, F. M. Reinders, S. Tiemeyer, C. Sternemann, M. Tolan, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Stress-Induced Stabilization of Crystals in Shape Memory Natural Rubber
    Macromolecular Rapid Communications 34 (2), 180-184 (2013)
  • B. Heuwers, D. Quitmann, F. Katzenberg, J. C. Tiller
    Stress-induced melting of crystals in natural rubber: a new way to tailor the transition temperature of shape memory polymers
    Macromolecular Rapid Communications 33, 1517 (2012)
  • B. Heuwers, D. Quitmann, R. Hoeher, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Shape memory properties of lightly cross-linked natural rubber
    Polym. Mater. Sci. Eng 106, 515 (2012)
  • B. Heuwers, D. Quitmann, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Mechanically triggered shape memory polymer
    Polym. Mater. Sci. Eng 106, 196 (2012)
  • F. Katzenberg, B. Heuwers, J.C. Tiller
    Natural rubber for strain- cold- and energy-storage
    Polym. Mater. Sci. Eng 106, 203 (2012)
  • F. Katzenberg, B. Heuwers, J.C. Tiller
    Superheated Rubber for Cold-Storage
    Advanced Materials 23, 1909–1911 (2011)
  • F. Mueller, B. Heuwers, F. Katzenberg, J.C. Tiller, G. Sadowski
    Tensile Creep Measurements of glassy VOC-loaded Polymers
    Macromolecules 43, 8997-9003 (2010)
  • J. Schaup, F. Katzenberg
    Phase diagram of PMMA/PVDF-blends and effect of mixture-intensity on crystallization behavior
    Polym. Mater. Sci. Eng 239, 5951-5952 (2010)
  • A. P. Barbosa, M. Stranz, F. Katzenberg, et. al.
    Cryogenic mechanical milling of high density polyethylene
    e-Polymers 096 (2009)
  • S. Rehwald, M. Berndt, F. Katzenberg, S. Schieger, E. Runge, K. Schierbaum, D. Zerulla
    Tunable nanowires: An additional degree of freedom in plasmonics
    Physical Review B 76 (2007) 085420
  • K.L. Chrzan, F. Katzenberg
    Lotus phenomenon and its use in outdoor insulation
    Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wroclawskiej 44 (2006) 111-114
  • F. Katzenberg
    Plasma-bonding of poly(dimethylsiloxane) to glass
    e-Polymers 060 (2005)
  • F. Katzenberg
    Topographic processing of silicone surfaces
    Surface & Coatings Technology 200 (2005), 1097-1100
  • M. Stranz, U. Köster, F. Katzenberg
    Stress Induced Formation of Metastable Phases in Semi-Crystalline Polymers During Cryogenic Mechanical Milling
    J. Metastable & Nanocryst. Mater. 24/25 (2005), 463-466
  • U. Köster, M. Stranz, F. Katzenberg
    Formation of Polymer Blends and Nano-Composites by Cryogenic Mechanical Milling
    J. Metastable & Nanocryst. Mater. 24/25 (2005), 609-614
  • F. Katzenberg
    Cost-effective production of highly regular nanostructured metalization layers
    Nanotechnology 14 (2003) S.1019-1022
  • S. Yan, I. Lieberwirth, F. Katzenberg, J. Petermann,
    Microstructured ultrathin HDPE films prepared by selective oriented recrystallization
    Journal of Macromolecular Science and Physics B42 (2003), 641-652
  • F. Katzenberg, A. Khaddour, D. Peier
    Hydrophobicity Stabilization by Formation of Microstructures on Silicone Surfaces
    ISH-2003, Netherlands (Best Paper Award)
  • S. Yan, I. Lieberwirth, F. Katzenberg, J. Petermann
    Microstructures in ultra-thin HDPE films prepared by selective oriented recrystallization
    State Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry, Annual Report (2002), 214-215
  • M. Schuettler, T. Stieglitz, F. Katzenberg, et. al.
    Reducing Stiffness and Electrical Losses of High Channel Hybrid Nerve Cuff Electrodes
    IEEE EMBS Conference 2001
  • F. Katzenberg
    Irradiation- and strain-induced self-organization of elastomer surfaces
    Macromolecular Materials Engineering 286 (2001), 26-29
  • F. Katzenberg, R. Janlewing, J. Petermann,
    Surface diffusion of metal atoms on polymer substrates during physical vapour deposition
    Colloid & Polymer Science 278 (2000), 280-284
  • S. Yan, F. Katzenberg, J. Petermann, et al.
    A novel epitaxy of isotactic polypropylene (alpha phase) on PTFE and organic substrates
    Polymer 41 (2000), 2613-2625
  • S. Yan, F. Katzenberg, J. Petermann
    Epitaxial and graphoepitaxial growth of isotactic polypropylene (iPP) from the melt on highly oriented high density polyethylene(HDPE) substrates
    Journal of Polymer Science & Polymer Physics 37 (1999), 1893-1898
  • F. Katzenberg, I. Lieberwirth, J. Petermann
    Two types of graphoepitaxy of tellurium onto uniaxially oriented polyethylene
    Journal of Materials Science 33 (1998), 4787-4790
  • F. Katzenberg
    Mikrostrukturelle Charakterisierung metallischer Aufdampfschichten auf Polymersubstraten
    Dissertation (1998) Universität Dortmund
  • I. Lieberwirth, F. Katzenberg, J. Petermann
    Nanostructured polymer films by electron-beam irradiation and selective metallization
    Advanced Materials 10 (1998), 997
  • F. Katzenberg, H. Liebertz, J. Petermann
    Friction-induced molecular orientation of thin polymer films and bulk surfaces
    Sen-I Gakkaishi 53 (1997), 761-765
  • F. Katzenberg, J. Petermann
    Oriented overgrowth of vapour deposited tin on highly oriented PTFE substrates
    Polymer Bulletin 39 (1997), 761-765
  • J. Loos, F. Katzenberg, J. Petermann
    Epitaxial crystallization of linear low density polyethylene on high density polyethylene
    Journal of Materials Science 32 (1997), 1551-1554
  • F. Katzenberg, J. Loos, J. Petermann
    A cross-sectional preparation method for TEM and AFM investigations on layered polymer interfaces
    Polymer Bulletin 39 (1995), 195-200

Patente

  • T. Raidt, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Methode zur Erzeugung von hochmoduligen und hochfesten Polyestern
    Deutsche Patentanmeldung (2017) DE102017103060 A1
  • R. Hoeher, T. Raidt, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Method for producing an oriented polymer
    Eur. Pat. Appl. (2016), EP 3098059 A1 20161130
  • D. Quitmann, F. Katzenberg, J.C. Tiller
    Polymer network comprising shape memory polymers used as a sensor or force element
    Eur. Pat. Appl. (2014), EP 2783834 A1 20141001
  • J.C. Tiller, F. Katzenberg, B. Heuwers
    Dimensionally stable expanded elastomeric polymer or polymer network
    PCT Int. Appl. (2011), WO 2011003832 A1 20110113
  • M. Schüttler, F. Katzenberg, F. Bauerfeld
    Method for permanently bonding bodies made of chemically incompatible polymers
    PCT Int. Appl. (2002), WO 2002055591 A1 20020718
  • F. Katzenberg
    Energetic treatment of surfaces of stretched elastomers
    PCT Int. Appl. (2001), WO 2001049476 A1 20010712
  • F. Katzenberg
    Method for producing self-organized structures on a substrate surface
    PCT Int. Appl. (2001), WO 2001023916 A1 20010405
  • F. Katzenberg
    Method for producing electrically conductive structures in the nanometric range and their use as an impedimetric sensor
    PCT Int. Appl. (2001), WO 2001029549 A2 20010426
  • H. J. Beutel, F. Katzenberg, H. Schulz, T. Hoffmann
    Method for producing an electrode arrangement
    PCT Int. Appl. (2001), WO 2001003178 A1 20010111