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Der Einfluss Kettenstatistik auf die Struktur von Dendrimerbürsten

Methoden: Molekular-Dynamik-Simulationen, Theorie selbst-konsistenter Felder, Statistische Physik der Polymere

Die theoretische Analyse von Polymerbürsten, die aus verzweigten (dendritischen) Polymeren bestehen, ist ein aktives Forschungsgebiet, in dem Computersimulationen eine tragende Rolle spielen. Die Architektur verzweigter Polymere erzwingt eine spontane Separation der Moleküle in zwei oder mehr Populationen, die sich in ihren Streckungsgraden voneinander unterscheiden. Solche Bürsten stellen daher interessante Kandidaten für schaltbare Oberflächen dar, die ihre Eigenschaften je nach Lösungsmittel variieren können. Für eine präzise theoretische Modellierung dieser Bürsten ist es unumgänglich, möglichst genaue Daten zu den statistischen Verteilungen der jeweiligen Streckungsgrade einzelner Moleküle zu erhalten. Hierbei führen verschiedene numerische Methoden zu unterschiedlichen Ergebnissen [1-3]. Als wahrscheinlichste Ursache für die abweichenden Resultate gelten Entropie-elastischen Eigenschaften der Polymerketten: Bei mittleren Streckungsgraden weisen Polymermodelle im Kontinuum eine höhere effektive Federkonstante auf als auf einem Gitter [5]. Das in Ref. [5] vorgestellte Verfahren bietet jedoch einen schrittweisen Übergang von einer Gitterdarstellung eines Polymers hin zu einem quasi-kontinuierlichen Modell, so dass es einen numerischen Nachweis der genannten These erlaubt.

Die Aufgabe besteht somit darin, das Verfahren aus Ref. [5], das zunächst für lineare Polymerbürsten entwickelt worden ist, auf sternartige Polymerbürsten zu erweitern, um anschließend den Einfluss der Gitter-Diskretisierung auf die Struktur der Bürsten zu analysieren. Diese Untersuchung können auf Bürsten aus Dendrimeren erweitert werden. Vergleiche mit direkten Computer-Simulationen (aus vorhandenen Daten und in Kooperation mit Mitarbeitern der Arbeitsgruppe) ermöglichen den Test der Resultate.

Schlüsselwörter: Polymerbürsten, schaltbare Oberflächen, Dendrimere

 

 

Literatur:

[1] Holger Merlitz, Chen-Xu Wu, and Jens-Uwe Sommer,
Starlike Polymer Brushes,
Macromolecules 44, 7043 (2011).
[2] E.B. Zhulina and V.M. Amoskov and A.A. Polotsky and T.M. Birshtein,
Analytical self-consistent field model of arm-grafted starlike polymers in nonlinear elasticity regime,
Polymer 55, p. 5160-5167 (2014).
[3] Alexey A. Polotsky and Alexey K. Misorin and Ekaterina B. Zhulina and Tatiana M. Birshtein,
Star Brushes under Deformation: Structure and Thermodynamics,
Macromol. Symp 348, p. 33-43 (2015).
[4] Wei Cui, Chan-Fei Su, Holger Merlitz, Chen-Xu Wu, and Jens-Uwe Sommer,
Structure of Dendrimer Brushes: Mean-Field Theory and MD Simulations,
Macromolecules 47, p. 3645 (2014)
.
[5] D. Romeis, H. Merlitz and J.-U. Sommer,
A new numerical approach to dense polymer brushes and surface instabilities,
J. Chem. Phys. 136, 044903 (2012)
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