Dr. Bernhard Weßling

Wissenschaftlicher Lebenslauf

Studium der Chemie an der Ruhr-Universität Bochum beginnend im WS 1970/71, Diplom im Dezember 1975, Promotion zum Dr. rer. nat. im Dezember 1977 mit einer naturstoffchemisch-synthetischen und spektroskopisch-theoretischen Arbeit über die Synthese und den Circulardichroismus von Anhydriden von A-Seco- und A-Nor-A-Seco-Dicarbonsäuren der Cholestanreihe, u. a. 19-funktionionalisierte A-Nor-A-Seco-steroiddicarbonsäuren, siehe Liste der Veröffentlichungen unter [1].

Während der ersten Anstellung in der SAPCO GmbH, Düsseldorf, ab Januar 1978 konnte ein (dann patentiertes) Verfahren zur Herstellung besonders hoch mit Füllstoffen angereicherter Polyolefine entwickelt werden, anschließender Aufbau eines kleinen Produktionsunternehmens („Sapcofill GmbH“), finanziert von einem externen Investor; schnelle erste Markterfolge. Während dieser Zeit wurde in den USA ein vollkommen neuartiges Polymer (Polyacetylen) entdeckt, das aus sich heraus („intrinsisch“) elektrisch leitfähig ist, aber unlöslich und instabil und somit unbrauchbar war.¹ Zur Lösung des Problems entstand die (zunächst nur sehr nebulöse und unausgegorene) Idee, diese neue Stoffklasse ebenfalls (quasi wie Füllstoffe) in Polymere einzuarbeiten (zu dispergieren) und somit auch zu stabilisieren.

In der zweiten Anstellung bei Zipperling Kessler & Co. (GmbH & Co.)², Ahrensburg, ab Januar 1981 beginnt hierauf aufbauend ein aus 3 Säulen bestehendes Forschungsprojekt „Dispersion in thermoplastischer Polymermatrix“, nach und nach umfassender über die Frage „Was ist ‚Dispersion‘, wie geht Dispersion vor sich?“ 2 Säulen des Projektes waren für das Produktportfolio des Unternehmens langfristig sinnvoll (um Empirie mit exaktem Wissen zu unterstützen und Entwicklungsarbeit gezielter und mit weniger Umwegen zu betreiben), nämlich die Dispersion von Pigmenten (zur Herstellung von Masterbatches) und die Herstellung von mit leitfähigem Ruß gefüllten Thermoplasten; bei letzteren überzeugte die Erklärung (mittels Perkolationstheorie) des plötzlichen Auftretens von Leitfähigkeit bei einer bestimmten Rußkonzentration nicht. Die 3. Säule widmete sich der Hypothese, die mangelnde Löslichkeit und Schmelzbarkeit intrinsisch leitfähiger Polymere (außer Polyacetylen die schnell zusätzlich aufkommenden weiteren Vertreter wie Polyanilin, Polythiophen u. a.) durch ‚Dispersion‘ zu überwinden und so Anwendungen zu ermöglichen.

1984 erster Durchbruch mit dem Nachweis der kugelförmigen Primärteilchen-Morphologie von Polyacetylen [2] (und damit Widerlegung der allgemein akzeptierten fibrillären Morphologie mit gestreckten Ketten), kurz darauf folgend mit der ersten Dispersion von Polyacetylen und Polyanilin (Patent [3], weltweit), d. h. dem prinzipiellen Nachweis der Dis-pergierbarkeit von leitfähigen Polymeren. In den folgenden Jahren konnte der Nachweis erbracht werden, dass mit erhöhten Konzentrationen und vor allem mit Polyanilin-Rohmaterial aus einem speziell gesteuerten Syntheseverfahren (1987, Patent [4], weltweit) Leitfähigkeit erzielt werden konnte, mit den gleichen Eigenschaften wie von direkt aus der Synthese gewonnenen reinen leitfähigen Polymerfolien [5].

1986 erster Auftritt und Plenarvortrag auf der International Conference on Synthetic Metals (ICSM 1986) [6]; nach weiteren Veröffentlichungen und Konferenzbeiträgen Zuwahl als Mitglied des International Advisory Committee der ICSM (von 1992 bis 2010, als einziger Wissenschaftler ohne Professur und einziger Industrieforscher).

1987 gelang der zweite Durchbruch mit der experimentell und analytisch belegten Erkenntnis, dass dispergierte Rußteilchen in leitfähigen Polymerzusammensetzungen (ebenso Pigmentteilchen in Farbkonzentraten) nicht statistisch gleichmäßig in der Matrix verteilt sind, sondern komplexe 3-D-Strukturen bilden; da eine entsprechende Veröffentlichung, von vielen Magazinen abgelehnt, erst 1991 möglich war [7], wurde dies 1987 in einer britischen Patentanmeldung (2214511) prioritätssichernd veröffentlicht. Damit konnte gezeigt werden, dass die Perkolationstheorie für solche Systeme nicht angewendet werden kann, sondern andere Gesetzmäßigkeiten Dispersion und Strukturbildung steuern.

1990 konnte bestätigt werden, dass auch in nicht-polymeren Dispersionen (hier eine organische Flüssigkeit als Matrix) ebensolche komplexen Strukturen, die der bisherigen Vorstellung (Flory-Huggins-Theorie) über die Eigenschaften von Dispersionen diametral entgegengesetzt sind, auftreten; erste Schritte zu einer nicht-gleichgewichts-thermodynamischen Theorie [8].

1990 gelang in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Prof. Nimtz (Univ. Köln) die Entdeckung des nanometallischen Leitfähigkeitsverhaltens von Polyanilin, analog dem konventioneller Nanometalle (wie von der AG Nimtz zuvor entdeckt), hier mit Primärteilchen von 10 nm Durchmesser, darin 8 nm metallischer Kern umgeben von einer nicht-leitenden amorphen 1 nm dünnen Hülle [9].

1993 konnte eine Verfahrensentwicklung abgeschlossen und wissenschaftlich untersucht werden, womit ein sog. „Isolator-Metall-Übergang“ stattfand; die genaue Beschreibung gelang in einer Dreier-Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Nimtz (Univ. Köln) und der Gruppe um Prof. Rangarajan (Indian Institute of Technology, Madras, Indien) [10]. Somit gelang weltweit erstmalig die Entwicklung eines (zudem praktisch nutzbaren) Organischen Metalls.

Zwischen 1990 und 1994 gelang die Entwicklung einer speziellen nicht-gleichgewichts-thermodynamischen Theorie der Bildung und Eigenschaften von Dispersionen und Emulsionen auf der Basis der allgemeinen Prigogine’schen Nicht-Gleichgewichts-Thermodynamik (veröffentlicht 1991 und 1995, persönlich diskutiert mit und begutachtet von Werner Ebeling, Mitglied der Leibniz-Sozietät, und Grégoire Nicolis, Co-Autor mit und Nachfolger von Ilya Prigogine [11]).

Beginnend 1994 Überführung in industrielle Anwendungen: Passivierung von Metallen wie Eisen und Kupfer aufgrund der überraschenden zusätzlichen katalytischen Eigenschaft des Organischen Metalls Polyanilin [12], darauf basierend Korrosionsschutztechnologie im industriellen Maßstab, die auch wissenschaftlich untersucht wurde [13], und lötfähige Leiterplatten-Endoberfläche [14]; 2007 gelang nach jahrelanger Forschung die Entwicklung einer nur noch 50 Nanometer dünnen lötfähigen Endoberfläche aus dem Organischen Metall (zuvor: mindestens 1 Mikrometer) [15].

Ab Ende der 1990er Jahre Schwerpunkt Markteinführung³, in der Forschung weitere Erkenntnisse: beim Verfahrensschritt, der den Isolator-Metall-Übergang bewirkt, ändert sich die Kristallstruktur des Polyanilins und die Primärteilchenmorphologie, letztere von kugelförmig zu ellipsoidal: Veröffentlichung 2010 [16], darin auch die Analyse „Polyanilinketten nur ca 12 Monomereinheiten lang“ und die (auf Röntgenstrukturanalyse beruhende) Hypothese „helicale Struktur“, sowie die (zuvor bereits patentierte) experimentelle Erkenntnis über die Bildung hochinteressanter und für die Anwendung entscheidend wichtiger Metallkomplexe mit Polyanilin.

2015 gelingt nach langer Forschung die Lösung eines schweren Produktionsproblems: Die Abscheidung der Endoberfläche erforderte mit längerer Laufzeit immer längere Verweilzeiten = geringere Anlagengeschwindigkeit; Erkenntnis: Die Pumpen verursachen durch zu starke Turbulenz unvorteilhafte Emulsionsstrukturen; Abhilfe: Ersatz aller Pumpen durch Propeller, eine neuartige, dann patentierte Anlagenbauweise (ingenieurtechnische Erfindung); diese wurde auf Kundenwunsch wissenschaftlich untersucht (um die Umsetzbarkeit in die Praxis zu prüfen), dies führte 2016 zu der weltweit ersten parameterfreien Theorie der Turbulenz nicht-newtonscher Flüssigkeiten (zusammen mit Helmut Baumert, der zuvor eine erste parameterfreie Theorie der Turbulenz newtonscher Flüssigkeiten entworfen hatte⁴) [17].

Wurzelnd in der Nicht-Gleichgewichts-Thermodynamik 2024 Vorschlag eines neuartigen Konzepts: „Entropie als Kriterium für Nachhaltigkeit“; beispielhafte Anwendung auf technologische Verfahren zur Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre (DAC, CCS) und dessen Nutzung (CCU), Ergebnis: Diese Verfahren sind alles andere als nachhaltig [18].

Theoretische Arbeiten:

[11] 1995 nicht-gleichgewichts-thermodynamische Theorie der Dispersion und Emulsion, im Gegensatz zur Flory-Huggins-Theorie

[19] 1996 Analyse der bekannten experimentellen Fakten und thermodynamisch-theoretische Bestätigung der prinzipiellen Unlöslichkeit intrinsisch leitfähiger Polymere (somit Widerlegung des Paradigmas, lösliche ICP seien möglich)

[17] 2016 erste parameterfreie Theorie der Turbulenz nicht-newtonscher Flüssigkeiten

[18] 2024 Entropie als Kriterium für Nachhaltigkeit

sonstige wissenschaftliche Aktivitäten:

von 1985 bis 2005 (und nach einer längere Unterbrechung wegen Leben / Arbeiten in China⁵ wieder von 2018 bis 2023) Kranichschutz / Natur- und Artenschutz in verschiedenen Projekten, auch international – im Zusammenhang damit aktive Verhaltensforschung durch Kombination von optischen Beobachtungen mit einer selbst entwickelten bioakustischen Methode zur individuellen Erkennung von Kranichpaaren und -Individuen, praktisch durchgeführt über mehr als 10 Jahre in 4 Gebieten in Deutschland (Grauer Kranich), 2 Gebiete in Japan / Hokkaido und Korea / demilitarisierte Zone (Mandschurenkranich), sowie 2 in Kanada / USA (Kanadakranich und v. a. Schreikranich, zur Rettung dieser besonders bedrohten Art entscheidende Beiträge zum sehr komplexen Wiederansiedlungsprojekt einer neuen ziehenden Population in Wisconsin / Auswilderung von in Isolation aufgezogenen Jungvögeln in WI und Migration nach FL mit Ultraleichtflugzeugen und künstlicher Kommunikation mittels eigens abgewandelter bioakustischer Methode).