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Struktur und Dynamik amorpher Systeme

Wir untersuchen die molekulare Dynamik in amorphen, d.h. langreichweitig ungeordneten Systemen. Besonders interessiert uns dabei die Beziehung der Dynamik zur lokalen Struktur sowie der Einfluss innerer Grenzflächen. Insbesondere der Glasübergang und das komplexe dynamische Verhalten in Systemen wie binären Flüssigkeiten, Polymer-Weichmacher Mischungen, physikalischen Gelen und transienten Netzwerkstrukturen, sowie bei Molekülen, die weicher oder harter räumlicher Einschränkung unterliegen, spielen dabei eine wichtige Rolle. Beginnend beim Verständnis einfacher, niedermolekularer van-der-Waals Flüssigkeiten werden Systeme wachsender Komplexität untersucht. Diese umfassen Polymere und Biomoleküle, wasserstoffbrückenbildende sowie auch ionische Flüssigkeiten.

confined dynamics

Als Beispiel ist oben skizziert, wie kleine, schnell bewegliche Moleküle (rot) in einer binären Mischung (z.B. einem Polymer-Weichmacher System) bei sinkender Temperatur unter dem Einfluss einer bereits erstarrten Matrix zunehmend immobilisiert werden (blau) und damit auf molekularer Ebene einem lokalen, intrinsischen Confinement unterliegen.

droplet microemulsion

Eine ähnliche Situation ergibt sich bei unterkühlten Flüssigkeiten, die sich in Nanometer großen Porensystemen oder auch im Inneren von Mikroemulsionströpfchen befinden. Bei letzteren Systemen befindet sich eine hydrophile Substanz (Wasser, Alkohol, etc…) in einer hydrophoben Matrix (Öl) wobei eine Tensidschicht die spontan entstehende Struktur stabilisiert, die sich im Gleichgewicht einstellt. In einigen Fällen sind solche Systeme stabil unterkühlbar und erlauben das Studium der Flüssigkeitsdynamik in der Nähe harter und weicher Oberflächen.