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Molekular-Dynamik-Simulationen von kammartigen und Flaschenbürsten-Polymeren unter dem Einfluss von externen Kräften

Methoden: Molekular-Dynamik-Simulationen, Polymertheorie

Polymer-Flaschenbürsten und kammartige Polymere sind gegenwärtig im Fokus moderner Forschung sowohl in experimenteller wie auch in theoretischer Hinsicht [1,2]. Solche Strukturen entstehen, wenn Seitenketten dicht (Flaschenbürsten) oder weniger dicht (kammartige Polymere) an ein lineares Polymer angehängt werden, welches dann den Hauptstamm der entstandenen Struktur bildet.

Links: Biologische Flaschenbürste (Aggregan) [L. Ng et al., J. Struct. Bio 143 (2003).
Rechts: Synthetische Flaschenbürste [S. Sheiko et al., Macromolecules 34 (2001).

Die erhöhte Dicke eines Polymers mit Seitenketten reduziert die gegenseitige Verschlaufung zwischen den Polymerketten, was zu einer Unterdrückung der Reptationsbewegung führt. Verschlaufungen erhöhen die Relaxationszeit von langen Polymeren in Schmelzen dramatisch, denn die Ketten sind in ihrer Bewegung eingeschrängt und gezwungen, entlang ihrer eigenen Kontour zu relaxieren (Reptations- oder Röhrenmodell [3]). Daher stellt das Anbringen von Seitenketten eine Möglichkeit dar, neue, superweiche und superelastische Materialien zu entwickeln. Trotz unserer Kenntnis bezüglich dieser interessanten Möglichkeiten gibt es bisher kein klares theoretisches Konzept, welches die Eigenschaften von solchen Objekten zufriedenstellend beschreibt. Unsere Arbeitsgruppe hat diesbezüglich verschiedene analytische Modelle entwickelt, die getestet werden sollen. Zu diesem Zweck sollen Molekular-Dynamik-Simulationen durchgeführt werden, bei denen eine äußere Kraft an beiden Enden des Hauptstamms angelegt wird. Insbesondere sind wir hierbei an der Antwort des Hauptstamms und der Seitenketten auf die ziehende Kraft interessiert. Diese Studie wird es erlauben, verschiedene theoretische Modelle zu testen und einen tieferen Einblick in die Physik von Polymeren mit angehängten Seitenketten zu erhalten. Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung des Projekts sind ein Bachelor in Physik sowie Grundkenntnisse in Molekular-Dynamik-Simulationen und Polymertheorie.

Literatur:

[1] Paturej et al., Sci. Adv. 2, 2016, e160147.
[2] W.F.M. Daniel et al., Nature Materials 15, 2016, 183.
[3] M. Doi, S.F. Edwards, The Theory of Polymer Dynamics, Clarendon Press, Oxford, 1986.

Betreuer: Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer, Dr. Torsten Kreer und Dr. Jaroslav Paturej

Kontakt

Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer
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