Polymere sind eine Substanz, die aus kleinen sich wiederholenden chemischen Einheiten besteht. Die synthetischen Blöcke oder sich wiederholenden Einheiten in Polymeren werden Monomere genannt. Polymerisation oder Polymersynthese ist eine chemische Reaktion, bei der Monomere kovalent miteinander verbunden werden, um eine Polymerstruktur zu bilden. Die Länge einer Polymerkette wird durch die Anzahl der sich wiederholenden Einheiten in der Kette ausgedrückt, die als Polymerisationsgrad (DP) bezeichnet wird. Das Molekulargewicht eines Polymers ist das Produkt der wiederholten Einheit Molekulargewicht und DP. Die inhärenten grundlegenden Eigenschaften von Polymeren hängen hauptsächlich von ihrem Molekulargewicht, ihrer Struktur (gerade oder verzweigt) und DP ab. Je nach Art der beteiligten chemischen Reaktionen kann die Polymerisation in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich Kondensationspolymerisation und Additionspolymerisation. Bei der Kondensationspolymerisation oder der schrittweisen Wachstumspolymerisation tritt eine Kondensationsreaktion zwischen zwei verschiedenen bifunktionellen oder trifunktionellen Monomeren auf, wodurch ein Polymer entsteht, das kleine Moleküle (normalerweise Wasser) in der Reaktion eliminiert. Zusätzlich zur Polymerisation oder Kettenwachstumspolymerisation wird Polymerwachstum erreicht, indem Monomere zu den aktiven Stellen am Ende der Polymerkette hinzugefügt werden und zu den aktiven Stellen zurückgeführt werden, nachdem jeder Wachstumsschritt abgeschlossen ist. Ein Initiator wird benötigt, um eine Initiatorsubstanz mit einem Reaktionszentrum herzustellen. Das Reaktionszentrum kann ein freies Radikal, Kation, Anion oder organometallischer Komplex sein.

Die Bioelektronik ist ein interdisziplinäres Feld, das Biologie und Elektronik verbindet und für diagnostische und therapeutische Anwendungen im Gesundheitswesen eingesetzt werden kann. Durch den Einsatz bioelektronischer Technologien, die spezifische molekulare Prozesse in der neuronalen Signaltransduktion beeinflussen, kann die regulatorische Aktivität des Nervensystems überwacht und gesteuert werden. Die bioelektronische Medizin befasst sich mit einer Reihe von Krankheiten und Hindernissen, wie Blindheit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, entzündlichen und neurodegenerativen Erkrankungen und Lähmungen. Bioelektronische Geräte stimulieren, regulieren oder blockieren bestimmte elektronische Kommunikationssignale zwischen Gehirn und funktionellen Organen des Körpers und erreichen so eine personalisierte Behandlung. Zu den gängigen biomedizinischen Geräten gehören Herzschrittmacher, die die Herzfrequenz regulieren, und Roboterprothesen, die die menschliche Umgebung nachahmen. Biosensoren wie Blutzuckermessgeräte können Enzyme, Krankheitserreger oder toxische Substanzen erkennen. Tragbare bioelektronische Geräte können Vitalzeichen überwachen, Biomarker erkennen oder epidermale Energie erfassen. Fortschrittliche bioelektronische Implantate können ohne Drähte oder Batterien arbeiten und haben je nach Anwendung die Eigenschaften minimaler Invasivität, Verdaulichkeit und vollständiger Absorption.

Mikron- und Nanopartikel haben als einzigartige Materialien ein enormes Anwendungspotenzial in Bereichen wie Energie, Gesundheitswesen und Umwelt. Nanopartikel sind Partikel mit mindestens einer physikalischen Dimension kleiner als 100 Nanometer. Mikron-Partikel sind Partikel mit einer physikalischen Dimension von 1 bis 1000 Mikrometer. Obwohl sie die gleiche Zusammensetzung in makroskopischen Materialien haben, haben die beiden Arten von Partikeln aufgrund von Größeneffekten unterschiedliche optische, elektrische, thermische und magnetische Eigenschaften. Forscher haben verschiedene Methoden entwickelt, um zwei Arten von Partikeln zu synthetisieren, um ihre Eigenschaften, Form, Zusammensetzung und Größenverteilung besser zu kontrollieren, die für bestimmte Bereiche geeignet sind. Normalerweise werden physikalische und chemische Methoden für die Synthese verwendet. Physikalische Methoden synthetisieren Partikel, indem sie die Größe der Rohstoffe reduzieren, was als Top-Down-Ansatz bekannt ist. Normalerweise sind physikalische Technologien wie Kugelfräsen, Gaskondensation, Elektrospray, Lithographie und thermische Zersetzung erforderlich. In vielen chemischen Methoden werden Partikel in der Regel durch Nukleation und Wachstum atomarer oder molekularer Vorläufer in flüssigen oder gasphasigen chemischen Reaktionen synthetisiert, was als Bottom-up-Ansatz bekannt ist. Mikroemulsionsverfahren, hydrothermale Verfahren, mikrofluidische Verfahren, chemische Dampfabscheidung, Pyrolyse-Methode und Sol-Gel-Methode sind häufig verwendete chemische Synthesemethoden. Die Nanostrukturen, die durch chemische Synthese synthetisiert werden, haben weniger Defekte, was eine komplexere und gleichmäßigere chemische Zusammensetzung ermöglicht. Darüber hinaus sind die synthetisierten Produktionskosten niedrig und die Geschwindigkeit ist schnell.

Die Festkörpersynthese, auch Keramiksynthese genannt, wird allgemein verwendet, um chemische Reaktionen in festen Ausgangsmaterialien einzuleiten und dadurch neue Feststoffe mit regelmäßigen Strukturen zu bilden. Die Endprodukte umfassen polykristalline Materialien, monokristalline Materialien, Glas und Dünnschichtmaterialien, die weit verbreitet in Energie- und Elektronikanwendungen verwendet werden. Unter kontrollierter Temperatur werden feine Metallverbindungen miteinander kombiniert, dann granuliert und für einen bestimmten Zeitraum erhitzt. Einige Metallverbindungen (wie Metalloxide oder Salze) erfordern extreme Bedingungen wie hohe Temperaturen und hohen Druck, um Reaktionen in der Schmelze oder schnell kondensierende Dampfphase einzuleiten. Dieser Prozess wird oft als "Schütteln und Backen" oder "Erhitzen und Schlagen" Chemie bezeichnet. Die Reaktionsgeschwindigkeit in der Festkörpersynthese ist ein besonders wichtiger Charakterisierungsparameter. Aufgrund der begrenzten Reinigungstechnologie für den gebildeten Feststoff muss die Festkörperreaktion abgeschlossen sein. Die Reaktionsgeschwindigkeit von Festkörperreaktionen hängt von den Reaktionsbedingungen ab, einschließlich struktureller Eigenschaften, Form und Oberfläche der Reaktanten, Diffusionsgeschwindigkeit und thermodynamischen Eigenschaften im Zusammenhang mit Nukleation/Reaktion. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Endprodukts hängen von den chemischen Vorläufern und Zubereitungstechniken ab.