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Hybrid hydrodynamic simulations of ring polymers
Lisa Sappl
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.72092
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20347.97250.864235-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Simulation von Polymerlösungen erfordert die Entwicklung von Methoden, die die hydrodynamischen Interaktionen realitätsgetreu abbilden. Dabei übersteigt eine Auflösung in der atomistischen Größenordnung die Möglichkeiten heutiger Computer um die mesoskopischen Zeit- und Längsskalen abzudecken. Diese sind jedoch jene Größenordnungen an denen sich die zu beobachtenden Phänomene für Polymere abspielen. Aus diesem Grund ist es erforderlich grobkörnige Modelle anzuwenden, die die atomistischen Vorgänge vereinfacht darstellen. Eines dieser Modelle, welches auch in dieser Arbeit zur Modellierung des Lösungsmittels angewandt wird, ist die Multi-Particle Collision Dynamics (MPCD). Zur Simulation des Polymers werden in dieser Arbeit verschiedenste grobkörnige Modelle getestet und mit dem etablierten Kremer–Grest-Modell, welches das Polymer in einzelnen Monomeren darstellt, anhand ihres Diffusionsverhaltens verglichen. Dabei baut diese Arbeit auf den Forschungsergebnissen von Ruiz-Franco et al. (2019) auf, in welchen die Autoren bereits zwei grobkörnige Modelle entwickelten, und diese für lineare Kettenpolymere und Sternpolymere in Lösung testeten. In dieser Arbeit wird die Forschung auf Ringpolymere ausgeweitet, und außerdem eines der von den Autoren entwickelten Modelle versucht zu verfeinern: das Penetrable Soft Colloid (PSC) Modell. Es stellte sich heraus, dass die beiden ursprünglich vorgestellten Modelle sich zur Anwendung auf Ringpolymere nicht sehr gut eignen, jedoch die Einführung eines Faktors als Ergänzung zum PSC-Modell zufriedenstellende Ergebnisse für die Diffusion zeigte, indem sich damit die Intensität der Interaktion zwischen Polymer und Lösungsmittel regulieren ließ.
Abstract
(Englisch)
The simulation of polymer solutions requires the development of methods that accurately include hydrodynamic interactions. Resolution on the atomistic scale is too computationally expensive to cover mesoscopic time and length scales on which the interesting polymer phenomena are observed. Therefore, coarse-graining methods have to be applied. In this work the solvent is simulated using Multi-Particle Collision Dynamics (MPCD) which is a well-established model, and for the polymer different coarse-graining methods are employed and compared against the monomer resolved Kremer–Grest model by their resulting diffusion coefficients. This thesis builds on the work by Ruiz-Franco et al. (2019) in which they simulated star polymers and linear chains in a solvent and developed two different coarse-graining methods in order to increase computational efficiency. This work extends their research to ring polymers and seeks to refine one of the authors' proposed model: the Penetrable Soft Colloid (PSC) model. It was found that both proposed models were not well suited to ring polymers, however the introduction of a factor to the PSC model delivered satisfying results for the diffusion behaviour by regulating the interaction intensity with the solvent.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Ringpolymere Komplexe Flüssigkeiten Hydrodynamische Interaktionen Multi-particle-collision-dynamics
Schlagwörter
(Englisch)
Ring polymers Complex fluids Hydrodynamic interactions Multi-particle-collision-dynamics
Autor*innen
Lisa Sappl
Haupttitel (Englisch)
Hybrid hydrodynamic simulations of ring polymers
Paralleltitel (Deutsch)
Hybride hydrodynamische Simulationen von Ringpolymeren
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
70 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christos Likos
Klassifikationen
33 Physik > 33.25 Thermodynamik, statistische Physik ,
33 Physik > 33.69 Flüssigkeiten
AC Nummer
AC16599619
Utheses ID
63690
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |