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 Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert
15.10.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Materiezustände durch Licht verändern
12.10.2018 | Universität Hamburg

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: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Im Focus: Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen

Die Forschungskooperation zwischen der Universität Yale und der Universität Rostock hat neue wissenschaftliche Ergebnisse hervorgebracht. In der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten die Wissenschaftler über eine Dreierkette aus Ionen gleicher Ladung, die durch sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Damit zeigen die Forscher zum ersten Mal eine Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen, die sich im Grunde abstoßen.

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Professoren Mark Johnson, einem weltbekannten Cluster-Forscher, und Ralf Ludwig aus der Physikalischen Chemie der...

Im Focus: Storage & Transport of highly volatile Gases made safer & cheaper by the use of “Kinetic Trapping"

Augsburg chemists present a new technology for compressing, storing and transporting highly volatile gases in porous frameworks/New prospects for gas-powered vehicles

Storage of highly volatile gases has always been a major technological challenge, not least for use in the automotive sector, for, for example, methane or...

Im Focus: Materiezustände durch Licht verändern

Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg stören die kristalline Ordnung

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von Quantenmaterie so zu stören, dass ein spezieller...

Im Focus: Disrupting crystalline order to restore superfluidity

When we put water in a freezer, water molecules crystallize and form ice. This change from one phase of matter to another is called a phase transition. While this transition, and countless others that occur in nature, typically takes place at the same fixed conditions, such as the freezing point, one can ask how it can be influenced in a controlled way.

We are all familiar with such control of the freezing transition, as it is an essential ingredient in the art of making a sorbet or a slushy. To make a cold...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2018

16.10.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Medizin

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Neue Methode der statistischen Inferenz in der Magnetresonanztomographie (fMRI) entwickelt

16.10.2018 | Medizintechnik

Tiefsee ergründen – erstmalige LIBS-Messung bei 600 bar

16.10.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics