Polyelektrolytverschlaufungen in Lösung

• Antragsteller: Dr. Carlos Gonzalez Lopez, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440957830

Die Bewegung von Polymerketten in halbverdünnten und konzentrierten Lösungen wird stark von topologischen Einschränkungen beeinflusst, die durch benachbarte Ketten verursacht werden, die als Verwicklungen bekannt sind. Trotz ihrer Bedeutung für die viskoelastischen Eigenschaften von Polymermaterialien, die für industrielle Anwendungen und die Biophysik relevant sind, ist unser Verständnis, was genau eine Verwicklung darstellt, relativ gering. Polyelektrolyte sind interessante Systeme zur Untersuchung der Polymerverschränkung in Lösung, da sie eine Reihe von Konformationen annehmen können, die mit neutralen Polymeren nicht zugänglich sind.Trotz der großen Bedeutung der Polyelektrolytdynamik sowohl für die Grundlagenforschung als auch für industrielle Anwendungen ist die Polyelektrolytverschränkung kaum bekannt. In den letzten Jahren haben viele Reviewartikel die Bildung von Verschlaufungen in Polyelektrolytlösungen als eine der zentralen offenen Fragen im Feld der Polyelektrolytforschung identifiziert. Kürzlich veröffentlichte Ergebnisse und unveröffentlichte Daten in diesem Antrag zeigen, dass Schlüsselkonzepte zur Erklärung der Verwicklungsbildung in neutralen Polymeren nicht für Polyelektrolyte in Lösung gelten. Wir argumentieren, dass dies nicht auf polyelektrolytspezifische Merkmale zurückzuführen ist, sondern auf Mängel in bestehenden Modellen der Verschränkungsbildung, die sich erst bei der Untersuchung von Systemen mit Konformationsparametern bemerkbar machen, die außerhalb des mit nichtionischen Polymeren normalerweise erreichbaren Bereichs liegen.Basierend auf diesen Beobachtungen schlagen wir einen experimentellen Plan vor, um die Dynamik von Polyelektrolytlösungen zu untersuchen. Wir planen die Anwendung der Rotationsrheometrie unter Verwendung der Time-Temperature Superposition (TTS) mit unterkühlten Lösungsmitteln, um auf eine Vielzahl von Relaxationsphänomenen in Polyelektrolytsystemen zuzugreifen. Mithilfe der Kleinwinkel-Neutronenstreuung werden die Konformation und Thermodynamik von Polyelektrolyten untersucht, um die Polymerstruktur mit ihren Verschlaufungseigenschaften zu korrelieren.Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitragen, neue Konzepte zur Bildung von Verschränkungen in Polymerlösungen zu entwickeln und unser Verständnis der Polymerdynamik im Allgemeinen zu verbessern. Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse werden den bislang umfangreichsten experimentellen Test für aktuelle und zukünftige Modelle der Dynamik verschränkter Polymere liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen