Moleküle, die auf ganz neue Weise agieren
Netzwerkbildende Flüssigkeiten sind Teil der allgemeinen Klasse der komplexen Fluide, die durch eine inhärente Kopplung zwischen Struktur und Dynamik gekennzeichnet sind. Sie stellen ein ausgezeichnetes experimentelles Paradigma dar, innerhalb von dem das einzigartige Verhalten von weicher Materie zu bewerten ist. EU-finanzierte Wissenschaftler initiierten deshalb das Projekt "Dynamics and structure in a network-forming liquid" (NFLIQUID) zur Untersuchung dieses Zusammenwirkens, das in vielen verschiedenen Materialien zu finden ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erkundeten anhand einer Vielzahl rechnerischer Methoden und Modellierungsverfahren ein einfaches Modell, das aus Meso-Teilchen in einem wässrigen Lösungsmittel, verknüpft durch Polymere, zusammengesetzt ist. Ihre Arbeit verfolgte zwei Wege. Einerseits analysierte man die Rivalität zwischen Glas- und Gelbildung (das Zusammenspiel von glasartiger Erstarrung und Vergelung). Der zweite Bestandteil waren Studien über die potenzielle Energielandschaft (PEL), die ein Indikator für die Übergänge zwischen den Phasen und dem dynamischen Verhalten ist. Ein zeitkontinuierliches Zufallsbewegungsmodell (Random Walk) zeigte das komplexe Zusammenspiel zwischen glasartiger Erstarrung und Vergelung. Das Verhalten wird von zwei verschiedenen Lokalisierungslängenskalen gesteuert. Jede von diesen ist wiederum durch konkurrierende Wechselwirkungen gekennzeichnet. Beide Systeme wurden auf experimentelle Weise mittels Kolloid-Polymergemischen nachgebildet. Die potenzielle Energielandschaft zeigt die komplizierten Vielteilcheneffekte in komplexen Systemen auf. Die Untersuchungen ergaben eine modifizierte Beschreibung, welche die Identifizierung der Längenskalen kooperativer Bewegungen und die Bewertung der Effekte der Systemgröße auf die Dynamik erleichtert. Die Ergebnisse haben das Gebiet der Physik der weichen Materie vorangebracht. Das tiefergehende Verständnis des komplexen dynamischen Verhaltens von weicher Materie wird die Entwicklung zukünftiger Produkte und die Verbesserung von Verarbeitungsverfahren fördern. Die Resultate wurden umfassend auf internationalen Konferenzen verbreitet. Zu etablierende Kooperationen werden weitergeführt.
Schlüsselbegriffe
netzwerkbildende Flüssigkeiten, weiche Materie, Modell, potenzielle Energielandschaft, zeitkontinuierliche Zufallsbewegung, glasartiges Erstarren, Vergelung
