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Coarse-graining and structure of semiflexible ring polymers in the bulk and under confinement
Peter Poier
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Physik)
Betreuer*in
Christos Likos
DOI
10.25365/thesis.41966
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24231.74628.790362-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Wir haben ein effektives Modell für die Beschreibung von semiflexiblen Ring Polymeren entwickelt. In dieser Theorie werden die Ringe als weiche Scheiben modelliert, wobei die Wechselwirkung durch ein Potential gegeben ist, welches das gegenseitige Überlappen der effektiven Teilchen erlaubt. Wir zeigen, dass dieses Modell in der Lage ist interessante Strukturbildungen von semflexiblen Ringen zu beschreiben, welche in einem effektiven Modell mit isotropen Wechselwirkungen verlorengehen würden. Um die Formierung von Säulen aus Ring Polymeren zu charakterisieren, haben wir einen Algorithmus eingeführt, der zylinderförmige Anordnungen von Ringen erkennt. Wir haben weiters bidisperse Mischungen von Ringpolymeren untersucht und Dichtefunktionaltheorie angewandt, um vorherzusagen wie sich Ringe in der Nähe von harten Wänden anordnen. Außerdem haben wir Simulationen von geknoteten Polymerketten durchgeführt, um zu analysieren, warum sich ein ein Knoten auf einem Polymer mit inhomogener Steifigkeit mit der größten Wahrscheinlichkeit in einem Bereich der Kette aufhält, der eine nicht verschwindende Biegesteifigkeit aufweist. Durch Einführung einer zweidimensionalen räumlichen Einschränkung oder durch Simulation komplexerer Knotentypen, kann die Wahrscheinlichkeit dafür erhöht werden, dass der der Knoten den optimalen Steifigkeitsbereich aufsucht. Räumliche Einschränkung kann die optimale Rigidität auch zu niedrigeren Werten verschieben.
Abstract
(Englisch)
An anisotropic effective pair potential for the effective description of semiflexible ring polymers is derived. In this new coarse-graining strategy the rings are pictured as soft, penetrable disks. We demonstrate that the new model correctly describes interesting structure formation of short and intermediate-length rings, which cannot be captured by an effective pair potential between the rings' centers of mass. To characterize the stack formation observed in the monomer-resolved and the effective model we employ an algorithm which identifies tube-like structures of ring polymers. We investigate bidisperse mixtures of ring polymers and apply density functional theory to predict the ordering of rings close to hard walls. In addition we carried out computer simulations of knotted polymers to analyze the knot localization probability on a polymer chain with varying flexibility. The knot prefers a regime on the polymer chain with non-zero rigidity. By increasing the knot complexity and introducing a 2D confinement the reduction in $\Delta F_{\rm knotting}$ for a chain with optimal stiffness relative to the flexible chain can be enhanced. The confinement can also shift the optimal stiffness towards lower values.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Soft Matter Physics polymer macromolecules flexibility rigidity molecules effective interactions effective models physics density functional theory coarse graining topology knots integral equations self-consistent equations self-consistent problems
Schlagwörter
(Deutsch)
Physik der weichen Materie Soft Matter Polymere Makromoleküle Flexibilität Rigidtät Moleküle effektive Interaktionen effektive Modelle Physik Dichtefunktionaltheorie Coarse-Graining Topologie Knoten Selbstkonsistenz Gleichungen Selbstkonsistenz Probleme
Autor*innen
Peter Poier
Haupttitel (Englisch)
Coarse-graining and structure of semiflexible ring polymers in the bulk and under confinement
Paralleltitel (Deutsch)
Effektive Modelle und Struktur von semiflexiblen Ring Polymeren in offenen und räumlich eingeschränkten Systemen
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
150 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Sergei Egorov ,
Cristian Micheletti
Klassifikationen
33 Physik > 33.60 Kondensierte Materie: Allgemeines ,
33 Physik > 33.66 Amorpher Zustand, Gläser
AC Nummer
AC13292427
Utheses ID
37150
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |