Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit ringförmigen Sonden zu besseren Vorhersagen der Polymerdynamik

15.10.2015

Wie beweglich einzelne Polymere sind, verrät viel über ihre makroskopischen Eigenschaften.

Neutronenforscher am Forschungszentrum Jülich haben nun einen Weg gefunden, die oftmals entscheidende seitliche Auslenkung der Moleküle einfacher und genauer als bisher zu untersuchen. Sie nutzen ringförmige Moleküle als Sonden, die sich um die Polymerfäden legen und ihre Seitwärtsbewegungen übernehmen.


In Schmelzen aus Polymerringen (rot) und Polymerfäden (blau) verknäulen sich beide Molekülarten. Jülicher Neutronenforscher fanden heraus, dass sich mit Hilfe der Ringe die Dynamik der Fäden einfacher und genauer messen lässt als mit herkömmlichen Methoden.

Copyright: Forschungszentrum Jülich

Längsbewegungen, die das Ergebnis verfälschen, bilden sie hingegen nicht ab. Mit der Methode lässt sich etwa die Fließfähigkeit von Polymerschmelzen bei der Produktion von Kunststoffen besser vorhersagen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" als "Editor's Suggestion" veröffentlicht und auf dem Webportal "Physics" der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft kommentiert. (DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.148302).

Viele Produkte, die wir jeden Tag verwenden, bestehen aus Polymeren, zum Beispiel Autoreifen, Gummibänder oder Getränkeflaschen. Auch in der Natur spielen solche langkettigen Moleküle eine wichtige Rolle, zu den Polymeren zählen etwa die Proteine und die DNA.

Ihre stofflichen Eigenschaften sind sowohl für die Herstellung von Kunststoffen als auch für die Funktionsfähigkeit von Proteinen oder DNA essentiell. Bei der Produktion von Kunststoffen etwa werden Polymerschmelzen durch lange Röhrensysteme geleitet. Die Viskosität der Schmelzen genau vorhersagen und kontrollieren zu können, hilft dabei, die Anlagen und Prozesse besser anzupassen – und somit Kosten zu sparen.

In theoretischen Modellen ist es längst üblich, die Beweglichkeit von Polymeren durch gedachte Röhren zu beschreiben – in der sich der Polymerfaden ähnlich wie eine Schlange in einer echten Röhre bewegt. Gebildet werden diese Röhren von benachbarten Moleküle und es gilt: Je weiter die Röhre, desto mehr Freiraum hat das Molekül und umso höher ist die Beweglichkeit.

Bis jetzt war es allerdings nicht möglich, diesen Bewegungsradius direkt zu erfassen. Die bisherigen Messungen der Polymerbewegung lieferten daher nur ungenaue Ergebnisse, da sich die Polymere nicht nur quer, sondern zusätzlich auch längs zur gedachten Röhre bewegen: Mal "wagen" sie sich vor, mal ziehen sie sich wieder in die Röhre zurück.

"Diese Längsbewegungen, auch Reptation genannt, fallen bei den Ringen weg, weil es keine losen Enden gibt. Die Ringe bewegen sich nur quer zur Röhre", erläutert Dr. Sebastian Gooßen vom Jülicher Zentrum für Forschung mit Neutronen. "So lässt sich der Röhrendurchmesser direkt bestimmen; man könnte fast sagen, dass die Ringe ihn "ertasten". Bisher war es allerdings ausgesprochen schwierig, die benötigten Polymerringe in ausreichender Menge und Qualität herzustellen. Doch mit Hilfe eines neuen Syntheseverfahrens, das wir entwickelt haben, ist uns dies nun gelungen."

Die Forscher erwarten, dass sich mit ihrer Methode einige offene Fragen der Polymerdynamik klären lassen, zum Beispiel zur Fließfähigkeit von komplexen, verzweigten Polymeren, zu denen die meisten industriell genutzten Polymere zählen.

Möglicherweise wird sich damit eines Tages auch das Rätsel lösen lassen, warum einige Polymerschmelzen fließfähiger werden, wenn man ihnen wenig Raum gibt, wie Prof. Dr. Simone Napolitano von der Freien Universität Brüssel in einem Kommentar zum Artikel vorschlägt. Bis dahin muss die Empfindlichkeit der Jülicher Methode aber noch ein wenig gesteigert werden.


Originalveröffentlichung:
Sensing polymer chain dynamics through ring topology: a neutron spin echo study
S. Gooßen et al.;
Phys. Rev. Lett. 115, 148302 – Published 28 September 2015,
DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.148302
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.115.148302

Weitere Informationen:
Physics viewpoint “Caught in the Tube” (engl.): http://physics.aps.org/articles/v8/93
Forschungszentrum Jülich: www.fz-juelich.de
Jülich Centre for Neutron Science: www.fz-juelich.de/jcns/
Institutsbereich Neutronenstreuung (ICS-1/JCNS-1): http://www.fz-juelich.de/ics/ics-1/

Ansprechpartner:

Dr. Sebastian Gooßen, Forschungszentrum Jülich
Jülich Centre for Neutron Science - Neutronenstreuung (ICS-1/JCNS-1)
Tel. 02461 61-4775
E-Mail: s.goossen@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin
Forschungszentrum Jülich
Tel. 02461 61-6048
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de

Angela Wenzik | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Eine Extra-Sekunde zum neuen Jahr
08.12.2016 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Heimcomputer entdecken rekordverdächtiges Pulsar-Neutronenstern-System
08.12.2016 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops