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 Wie Moleküle im Laserfeld wippen
17.01.2019 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Kieler Physiker entdecken neuen Effekt bei der Wechselwirkung von Plasmen mit Festkörpern
16.01.2019 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

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: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Im Focus: Nanocellulose for novel implants: Ears from the 3D-printer

Cellulose obtained from wood has amazing material properties. Empa researchers are now equipping the biodegradable material with additional functionalities to produce implants for cartilage diseases using 3D printing.

It all starts with an ear. Empa researcher Michael Hausmann removes the object shaped like a human ear from the 3D printer and explains:

Im Focus: Roter Riesenvollmond in den Morgenstunden des 21. Januar

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Frühaufsteher sind diesmal im Vorteil: Wer am Morgen des 21. Januar 2019 vor 6:45 Uhr einen Blick an den Himmel wirft, kann eine totale Mondfinsternis bestaunen. Dann leuchtet der sonst so strahlende Vollmond zwischen den Sternbildern Zwillingen und Krebs glutrot.

Um das Finsternis-Spektakel in seiner gesamten Länge zu verfolgen, muss man allerdings sehr früh aus dem Bett: Kurz nach 4:30 Uhr beginnt der Mond sich langsam...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Wie Daten und Künstliche Intelligenz die Produktion optimieren

16.01.2019 | Veranstaltungen

Unsere digitale Gesellschaft im Jahr 2040

16.01.2019 | Veranstaltungen

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

Forscher der TU Dresden finden neuen Ansatz für Therapien für neurodegenerative Erkrankungen

17.01.2019 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Logistik-Optimierung am Frankfurter Flughafen – „Smart Air Cargo Trailer“ gestartet

17.01.2019 | Verkehr Logistik

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