Nichtgleichgewichts-Phänomene in weicher Materie

Von der Zellbiologie bis zur Polymer-Photovoltaik sind makromolekulare Strukturen und Funktionalitäten das Ergebnis von Nichtgleichgewichtsprozessen (d. h. das System befindet sich in einem Zustand, der nicht das globale Minimum der freien Energie darstellt). Obwohl von hoher Wichtigkeit war es bisher schwierig, diese Nicht-Gleichgewichtsprozesse zu charakterisieren, zu manipulieren und zu verstehen, da es an geeigneten Techniken und theoretischen Ansätzen mangelte.

Der Fortschritt in experimentellen und fortgeschrittenen computergestützten Modellierungsmethoden ermöglicht nun die Beobachtung der (supra-) molekularen Strukturentwicklung über einen weiten Bereich von Längen- und Zeitskalen, die notwendig ist, um die makroskopischen (funktionalen) Eigenschaften der weichen Materie auf molekularer Ebene zu verstehen und letztlich zu kontrollieren und zu manipulieren. Die weiche Materie eignet sich besonders für diesen Ansatz, da sie "langsam" und leicht zu manipulieren ist. Aus experimenteller Sicht können Nicht-Gleichgewichtszustände durch die Materialverarbeitung abgestimmt werden (z. B. Kristallisation in engen Geometrien, Elektrospinning, etc.).

Auf diesem Weg tragen am MPI-P eine ganze Reihe von Projekten zu dieser Entwicklung bei. Die vorlagengesteuerte Synthese auf superamphiphoben Oberflächen, die jede Art von Flüssigkeit abstoßen können, ermöglicht die Herstellung von Core-Shell Suprapartikeln, die durch Trocknen einer Lösung, die zwei verschiedene Arten von Nanopartikeln enthält, induziert werden. Oder ein superamphiphobes Substrat kann verwendet werden, um die Anordnung von superparamagnetischen (einer Art Magnetismus) Nanopartikeln zu Suprapartikeln unterschiedlicher Form zu führen, die ihre superparamagnetischen Eigenschaften beibehalten. Wir analysieren auch den Einfluss von Gleichgewichts- und Nicht-Gleichgewichtsbedingungen auf die Eisbildung und die Auswirkungen auf alltägliche Aktivitäten wie Eislaufen. Es werden mehrskalige Simulationsmethoden entwickelt, die es ermöglichen, die Strukturbildung an der Schnittstelle von Polymergemischen zu untersuchen.

Diese wenigen Beispiele zeigen bereits die Fülle an herausfordernden Forschungsthematiken, die das allgegenwärtige Vorhandensein von Nicht-Gleichgewichtsphänomenen bietet.

Pressemeldungen zum Thema "Nicht-Gleichgewichtsphänomene in Weicher Materie"

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben entschlüsselt, wie sich die linearen und nichtlinearen mechanischen Eigenschaften in Polymer-Verbundwerkstoffen – Polymeren mit zusätzlichen Füllstoffen – einzeln beeinflussen lassen. Die Menge der Füllstoffe reguliert hierbei, wie ausgeprägt die Spannungsverhärtung des Materials ist. Die Ergebnisse ermöglichen es, maßgeschneiderte Materialien zu entwerfen, beispielsweise für Autoreifen, um sowohl zyklische als auch statische Lasten tragen zu können. mehr

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