Statistische Mechanik zum statischen und dynamischen Verhalten von Hydrogelen unter externen Einflüssen

• Applicant: Professor Dr. Thomas A. Vilgis
• Subject Area: Experimental and Theoretical Physics of Polymers
• Term: from 2006 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 28404567

In diesem Projekt sollen die theoretischen Grundlagen und Eigenschaften, etwa eine Struktur ¿ Eigenschaftsbeziehung - von Hydrogelen herausgearbeitet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen (organischen) Gelen, werden eine ganze Reihe von Eigenschaften nicht nur durch die Architektur und Vernetzungsstruktur bestimmt, sondern es treten bei Hydrogelen langreichweitige Wechselwirkungen in den Vordergrund. Diese elektrostatischen Wechselwirkungen sind etwa für die hohen Quellgrade und das Wasserbindungsvermögen dieser Systeme verantwortlich. Zwei Aspekte sind von der Theorie bisher nicht befriedigend oder überhaupt nicht beantwortet: Das makroskopische Deformationsverhalten unter Quellung und auch der Einfluss von Kettenverschlaufungen (Entanglements) bei unterschiedlichen Wechselwirkungen. Dabei ist geplant, den Einfluss der Wechselwirkung durch die Zugabe von Salzen zu studieren. Bei einwertigen Ionen (etwa Kochsalz) ist lediglich eine Abschirmung der elektrostatischen Wechselwirkung zu erwarten. Durch Zugabe höhervalenter Ionen (Kalzium) erreicht man eine lokale Umladung der Polymerketten in den Gelen. Diese werden dabei zu effektiv ungeordneten Polyampholyten. Dabei können entsprechend starke Konformationsänderungen der Ketten in den Gelen schaltbar über die Kalziumkonzentration 2 erreicht werden. Makroskopische Volumenänderungen und Entquellungen werden steuerbar. Topologische Einschränkungen, wie Vernetzungen und Entanglements, spielen dabei auch der Kettendynamik eine besondere Rolle. Diese Theorie wird so formuliert, dass eine Verallgemeinerung auf semiflexible Ketten, etwa bei starker Ladung, möglich ist. Methodisch stehen in diesem Projekt analytische Verfahren der theoretischen Physik im Vordergrund.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1259: Intelligent Hydrogels