Feedback-kontrollierter molekularer Transport in responsiven Polymermembranen

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Dzubiella
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle und Theoretische Polymerphysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431945604

Der molekulare Transport durch dichte Polymermembrane spielt eine Schlüsselrolle für Anwendungen, wie z.B., in der Desalination oder Nanofilterung ("molekulares Sieben"), oder bei medizinischen Behandlungen durch Dialyse oder der selektiven Abgabe von Arzneien. Typischerweise wird der Transport theoretisch in der Näherung der linearen Antwort modelliert, d.h., es wird einfacherweise angenommen, dass die Flüsse proportional zu externen Feldern oder chemischen Gradienten sind, und die Permeabilität der Membran wird durch Gleichgewichtsgrößen wie die Solvatation und Fluktuationen der Moleküle in der Membran abgeschätzt. Moderne funktionale Polymermaterialien sind aber hoch-responsiv und koppeln an den Transport zurück, und lineare Transporttheorie ist demnach nicht mehr anwendbar. Als Teil der Forschergruppe "Reduktion der Komplexität in Nichtgleichgewichtssystemen", ist das Ziel dieses Projekts das Nichtgleichgewichts- und Rückkopplungsverhalten einer responsiven Membran unter Transportbedingungen zu verstehen. Es sollen damit das wichtige Konzept und die Definition der Permeabilität einer Membran auf Nichtgleichgewichssituationen ausgeweitet werden. Methodisch wir dafür einerseits eine mikroskopische Computersimulation von monomeraufgelösten Polymernetzwerken (im implizitem Lösungsmittel) entwickelt, anderseits wird diese ergänzt durch die Entwicklung entsprechender reduzierter Nichtgleichgewichtstheorien, wie. z.B. Fokker-Planck und niedrig-dimensionale Langevin Gleichungen von gekoppelten vergröberten Variablen. Diese Theorien werden zu neuen und physikalisch fundierten Definitionen der Permeabilität und Fluss-Kraft Relationen im Nichtgleichgewicht führen und damit zur modernen Materialentwicklung beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5099: Reduktion der Komplexität von Nichtgleichgewichtssystemen
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Tanja Schilling