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Conformations and dynamics of polymers of different topologies under shear
Maximilian Liebetreu
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Christos Likos
DOI
10.25365/thesis.43039
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-18775.69870.705460-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziel der Masterarbeit ist die Bestimmung der Konformationen und dynamischen Moden von Polymeren unterschiedlicher Topologie in einem Scherung ausgesetzten Fluid. Das simulierte Fluid wird auf charakteristische Eigenschaften getestet. Das Verhalten linearer, ringförmiger und vor allem 3-1-(Trefoil-)verknoteter Polymere in einem Scherung ausgesetzten Fluid wird analysiert.
Die Simulation des Fluids erfolgt unter Berücksichtigung der Hydrodynamik, die Integration der Bewegungsgleichungen des Polymers folgt dem für die Molekulardynamik gebräuchlichen Velocity-Verlet-Algorithmus. Zur Berechnung des Fluids wird der Hybridansatz der Multi-Particle Collision Dynamics (MPCD) aufgesetzt, getestet und angewendet. Die Methode bietet eine effiziente und akkurate Kopplung der Polymerdynamik mit der Hydrodynamik des Lösungsmittels.
Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Zusammenhang zwischen Knotengröße und Winkel zwischen Knotenmittelpunkt und Hauptorientierungsachse relativ zum Polymerschwerpunkt, sowie auf der Bestimmung charakteristischer Formparameter unter Anwesenheit des Knotens im Vergleich mit Ringpolymeren ohne Knoten, jeweils in Abhängigkeit der Weissenbergzahl.
Unsere Ergebnisse suggerieren, dass Knoten auf dem 3-1-verknoteten Ring bei hoher Weissenbergzahl eine Tendenz entwickeln, an einem von beiden Enden des Polymers lokalisiert zu sein, parallel zur Flussrichtung. Die mittlere Zahl Beads, welche Teil des Knotens sind, sinkt mit steigender Scherung. Zusätzlich zeigt sich, dass der 3-1-verknotete Ring im Bezug auf Formparameter schneller auf wachsende Scherung reagiert, als gewöhnliche Ringe mit derselben Anzahl von Beads.
Abstract
(Englisch)
The purpose of this Master's Thesis is the calculation of conformations and dynamic modes of polymers of different topologies embedded in a fluid under shear. The simulated fluid is tested for characteristic values. The behavior of linear, circular and, most importantly, 3-1 (trefoil) knotted polymers embedded in the sheared fluid is analysed.
The fluid is simulated in agreement with hydrodynamics, the integration of the polymer's equations of motion obeys the Velocity-Verlet algorithm, which is commonly used for molecular dynamics. For reasons of efficiency, the hybrid approach of Multi-Particle Collision Dynamics (MPCD) is set up, tested and employed to compute the fluid. This method provides an efficient and accurate coupling of the polymer's molecular dynamics to the solvent's hydrodynamics.
The focus lies on the correlation between knot size and angle between knot center of mass and first principal axis relative to the polymer's center of mass, as well as computation of characteristic shape parameters in presence of a knot in comparison to cyclic polymers without knots, each in dependency of Weissenberg number.
We obtain evidence that for the 3-1-knotted ring at high Weissenberg number, knots develop a tendency to be located at either end of the polymer, aligned with the flow. We also find that the average number of beads on the knot decreases with increasing shear. Additionally, we find evidence that the 3-1-knotted ring reacts quicker in terms of shape parameters to increasing shear than ordinary rings with the same number of beads.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Knots knotted polymers shear shear flow computational physics trefoil ring polymer ring hydrodynamics MPCD macromolecule
Schlagwörter
(Deutsch)
Knoten verknotete Polymere Scherung Scherfluss Computergestützte Physik Trefoil Ringpolymer Ring Hydrodynamik MPCD Makromolekül
Autor*innen
Maximilian Liebetreu
Haupttitel (Englisch)
Conformations and dynamics of polymers of different topologies under shear
Paralleltitel (Deutsch)
Konformationen und Dynamik Polymere unterschiedlicher Topologien unter Scherung
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
93 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christos Likos
AC Nummer
AC13445905
Utheses ID
38096
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |