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Computer Simulation von topologischen Polymermaterialien – Olympische Gele

Methoden: Monte Carlo Simulationen, Statistische Physik

Motivation: Olympische Gele sind Netzwerke aus zyklischen Polymere ohne chemische Vernetzungspunkte. Deren Elastizität basiert daher nur auf topologischen Verknüpfungen, siehe Abbildung. Diese Materialien werden als ideales Modellsystem zum Studium von Verhakungen zwischen Polymeren angesehen, da kein störender Einfluss der chemischen Netzpunkte auf die Materialeigenschaften möglich ist [1]. Erste Simulationsergebnisse [2] zeigten Materialeigenschaften mit deutlichen Unterschieden zur bestehenden Theorie. Bis heute gab es nur eine Gruppe von Experimentatoren [3], die offenbar ein derartiges Olympisches Gel realisieren konnte, wobei die Ergebnsise bislang nicht von anderen Forschern bestätigt und die vorgeschlagenene Methode zur Herstellung theoretisch nicht getestet wurde [4]. Diese Lücke soll in der vorgeschlagenen Bachelorarbeit mittels Computer Simulationen geschlossen werden.

Die Aufgabe dieser Bachelorarbeit besteht darin, ein Standard-Modell zur Simulation von Polymeren auf eine sogenannte ringöffnende Polymerisation anzuwenden um die Bildung dieser Netzwerke nachzubilden. Dabei werden mehrere statistische Größen der Polymere bestimmt um die Bildung von permanenten topologischen Verbindungen und schließlich die Bildung eines Olympischen Gels nachzuweisen. Topologisch verbundene Zustände werden mit Methoden der Knotentheorie bestimmt. Alle Simulationsprogramme können nach geringfügigen Abänderungen verwendet werden, notwendige theoretischen Konzepte werden im Laufe der Bachelorarbeit vermittelt. Ein Kandidat sollte Interesse an Computersimulationen besitzen und mit grundlegenden Konzepten aus der statistischen Physik vertraut sein.

Betreuer: Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer, Dr. Michael Lang

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