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Coarse-graining and self-assembly of associating polymers in confined geometry
Ivonne Elizabeth Ventura Rosales
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium Naturwissenschaften: Physik
Betreuer*in
Christos Likos
DOI
10.25365/thesis.81052
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21094.21438.215011-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
The central focus of my dissertation is to investigate the physical properties innherent in Amphiphilic Diblock Copolymer Stars (ADC stars) under planar confinement. A single ADC star is composed of f diblock copolymer chains uniformly grafted around a spherical colloid. Each chain is composed by two kind of monomers: A-type monomers, in good solvent conditions, and B-type monomers, in bad solvent conditions. The latter are always located at the outer end of each polymer chain and their relative abundance is set by the parameter α = Nb / (Na + Nb).
While A-A and A-B effective interactions are repulsive and modeled via a truncated and shifted, repulsive Lennard-Jones potential, the B-B effective interactions are modeled via an attractive Lennard-Jones potential. In the latter potential, a parameter λ, defines the strength of the attractive interaction. Depending on the α and λ, monomers from different chains may aggregate and form clusters.
Following Capone et al, we name these clusters “patches”. Within a certain parameter range these ADC stars are able to self-assemble into soft and flexible nanoparticles with a well-defined number of patches. These units when dispersed in a solution are expected to be able to form extended structures by means of bonds between the patches. Limiting the bonding valence is nowadays considered among the key ingredients to create complex structures with tailored properties; unfortunately, the synthesis of colloids with limited valence is often plagued by high polydispersity and non-scalability. These limitations can be overcome by employing molecular building blocks undergoing a hierarchical self-assembly process. This is relevant because ADC-Stars belong to this class of system and therefore possess potential applications in material science (for example to build a quasicrystal) and medicine.
Using a coarse grained model and computational simulations to capture the most important features of the ADC stars it is possible to use the results to study the interactions of the system to understand if it is possible to create building blocks for possible two-dimensional quasicrystal phases. In this dissertation I present under other the results of the Coarse-grained model.
Abstract
(Englisch)
Das Thema meiner Dissertation ist die Erforschung der physikalischen Eigenschaften von Amphiphilic Diblock Copolymer Stars (ADC Stars) unter planarer Begrenzung. Ein einzelner ADC Star besteht aus f Diblock-Copolymerketten, die gleichmäßig um einen kugelförmigen Kolloid gepfropft sind.
Jede Kette besteht aus zwei Arten von Monomeren: A-Typ Monomere in guten Lösungsmittelbedingungen und B-Typ Monomere in schlechten Lösungsmittelbedingungen. Die B-Typ Monomere befinden sich immer am äußeren Ende jeder Polymerkette, und ihr relativer Anteil wird durch den Parameter α = Nb / (Na + Nb) festgelegt.
Während A-A- und A-B-effektive Wechselwirkungen abstoßend sind und durch ein abgeschnittenes und verschobenes, abstoßendes Lennard-Jones-Potenzial modelliert werden, werden die B-B-effektiven Wechselwirkungen durch ein attraktives Lennard-Jones-Potenzial modelliert. In diesem Potenzial definiert ein Parameter λ die Stärke der attraktiven Wechselwirkung. Abhängig von α und λ können nen Monomere aus verschiedenen Ketten aggregieren und Cluster bilden. Nach Capone et al. bezeichnen wir diese Cluster als "Patches". Innerhalb eines bestimmten Parameterbereichs können diese ADC Stars sich zu weichen und flexiblen Nanopartikeln mit einer wohldefinierten Anzahl von Patches selbst organisieren.
Diese Einheiten sollen, wenn sie in einer Lösung dispergiert sind, in der Lage sein, durch Bindungen zwischen den Patches erweiterte Strukturen zu bilden. Die Begrenzung der Bindungsvalenz wird heute als einer der Schlüsselbestandteile betrachtet, um komplexe Strukturen mit maßgeschneiderten
Eigenschaften zu schaffen. Leider wird die Synthese von Kolloiden mit begrenzter Valenz oft von hoher Polydispersität und Nicht-Skalierbarkeit geplagt. Diese Einschränkungen können durch den Einsatz von molekularen Bausteinen überwunden werden, die einen hierarchischen Selbstassemblierungsprozess durchlaufen. Dies ist relevant, da ADC-Stars dieser Klasse von Systemen angehören und daher potenzielle Anwendungen in der Materialwissenschaft (zum Beispiel zum Aufbau eines Quasikristalls) und Medizin besitzen.
Durch die Anwendung eines Coarse-graine Modells sowie computergestützter Simulationen ist es möglich, die essenziellen Merkmale der ADC-Sterne präzise zu erfassen. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben eine detaillierte Untersuchung der Systeminteraktionen, mit dem Ziel zu ergründen, ob die Schaffung von Bausteinen für potenzielle zweidimensionale Quasi-Kristall Phasen realisierbar sind. In dieser Dissertation präsentiere ich unter anderem die Ergebnisse des grobkörnigen Modells.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Polymere Weiche Materie Coarse Grained Modell Molekulardynamik Mikroelastizität
Schlagwörter
(Englisch)
Polymers Soft Matter Corse-graining Molecular Dynamics Microelasticity
Autor*innen
Ivonne Elizabeth Ventura Rosales
Haupttitel (Englisch)
Coarse-graining and self-assembly of associating polymers in confined geometry
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
xi, 125 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Manuel Camargo ,
Emanuela Zaccarelli
Klassifikation
33 Physik > 33.25 Thermodynamik. statistische Physik
AC Nummer
AC17253821
Utheses ID
70660
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |