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Die '''Polymerphysik''' ist ein Teilgebiet der [[Weiche Materie|Physik weicher Materie]] und beschäftigt sich mit der Beschreibung und dem prädiktiven Verständnis der [[Stoffeigenschaft|physikalischen Eigenschaften]] von synthetischen [[Makromolekül]]en sowie von aus diesen bestehenden [[Polymer|Polymermaterialien]] und [[Kunststoff]]en.
Die Polymerphysik benutzt dabei sowohl Methoden der [[Experimentalphysik]] als auch der [[Theoretische Physik|theoretischen Physik]]. Da die physikalischen Eigenschaften von Polymeren entscheidend von der Art ihrer [[Synthese (Chemie)|Synthese]] beeinflusst werden, bestehen enge Bezüge zur [[Polymerchemie]] und zur [[Chemische Reaktionstechnik|chemischen Reaktionstechnik]]. Andererseits beeinflussen die physikalischen Eigenschaften von Polymeren deren Verarbeitbarkeit und technische Verwendbarkeit, so dass gleichfalls enge Bezüge zu [[Materialwissenschaft und Werkstofftechnik]] sowie zu den sich mit [[urformen]]den Fertigungsverfahren beschäftigenden Bereichen der [[Verfahrenstechnik]] bestehen. Polymere unterscheiden sich von anderen Formen der [[Kondensierte Materie|kondensierten Materie]] vor allem durch ihre [[Molekülstruktur]], die in der Regel lange kettenartige Strukturen umfasst, sowie die oberhalb bestimmter [[Molare Masse|Molekülmassen]] auftretende Tendenz, [[Verschlaufung]]en mit anderen Polymermolekülen zu bilden. Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von [[Biopolymer|Biomakromolekülen]] wird hingegen häufig der [[Biophysik]] sowie der [[Biophysikalische Chemie|biophysikalischen Chemie]] zugeordnet.

Die Polymerphysik beschäftigt sich unter anderem mit folgenden Aspekten:<ref>{{Literatur |Autor=Michael Rubinstein, Ralph H. Colby |Titel=Polymer Physics |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford |Datum=2003 |ISBN=0-19-852059-X |Sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Gert R. Strobl |Titel=The physics of polymers: concepts for understanding their structures and behavior |Auflage=3 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-68411-4 |Sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Ulf W. Gedde, Mikael S. Hedenqvist |Titel=Fundamental Polymer Science |Auflage=2 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Cham |Datum=2019 |ISBN=978-3-030-29794-7 |DOI=10.1007/978-3-030-29794-7 |Sprache=en}}</ref>

* Statistische Beschreibung und Modellierung der [[Konformation]]en von einzelnen Polymerketten. In diesen Bereich fallen Konzepte wie [[Kuhn-Länge]] und [[Persistenzlänge]], [[Streumassenradius|Gyrationsradius]] und [[Konturlänge]] sowie Kettenmodelle, wie etwa die [[frei bewegliche Kette]] oder die [[wurmartige Kette]].

* Strukturelle Charakterisierung und Modellierung von Polymerkettenkonformationen in [[Polymerlösung]]en und [[Polymerschmelze]]n sowie die [[Thermodynamik]] von Polymerlösungen und Polymerschmelzen.

* Dynamik und [[Rheologie]] von Polymeren. In diesen Bereich fallen etwa mikroskopische Modelle für die Dynamik von Einzelpolymerketten wie das [[Rouse-Modell]]. Der Einfluss intermolekularer [[Verschlaufung|Verschlaufungen]] auf Dynamik und Rheologie von Polymeren wird durch das [[Reptation (Chemie)|Reptationsmodell]] beschrieben, dass auf Arbeiten von [[Pierre-Gilles de Gennes]]<ref>{{Literatur |Autor=P. G. de Gennes |Titel=Reptation of a Polymer Chain in the Presence of Fixed Obstacles |Sammelwerk=The Journal of Chemical Physics |Band=55 |Nummer=2 |Datum=1971-07-15 |Seiten=572–579 |ISSN=0021-9606 |DOI=10.1063/1.1675789 |Online=[https://pubs.aip.org/jcp/article/55/2/572/81995/Reptation-of-a-Polymer-Chain-in-the-Presence-of Online] |Abruf=2025-03-08 |Sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Pierre-Gilles de Gennes |Titel=Entangled polymers |Sammelwerk=Physics Today |Band=36 |Nummer=6 |Datum=1983-06-01 |Seiten=33–39 |ISSN=0031-9228 |DOI=10.1063/1.2915700 |Online=[https://pubs.aip.org/physicstoday/article/36/6/33/434587/Entangled-polymersA-theory-based-on-the-snake-like Online] |Abruf=2025-03-08 |Sprache=en}}</ref> sowie von [[Sam Edwards (Physiker)|Samuel Edwards]] und Masao Doi<ref>{{Literatur |Autor=Masao Doi, S. F. Edwards |Titel=Dynamics of concentrated polymer systems. Part 1.—Brownian motion in the equilibrium state |Sammelwerk=J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 |Band=74 |Datum=1978 |Seiten=1789–1801 |ISSN=0300-9238 |DOI=10.1039/F29787401789 |Online=[https://xlink.rsc.org/?DOI=F29787401789 Online] |Abruf=2025-03-08 |Sprache=en}}</ref> beruht.

* [[Relaxation (Naturwissenschaft)|Relaxationsverhalten]] von Polymeren und [[Polymernetzwerk]]en. Diese werden periodischen oder [[aperiodisch]]en Störungen ausgesetzt, um [[Stoffeigenschaft|Materialeigenschaften]] wie [[Elastizität (Physik)|Elastizität]] und [[Viskoelastizität]], das [[Verformung|Deformations]]- und [[Bruchmechanik|Bruchverhalten]] sowie [[Glasübergangstemperatur|Glasübergänge]] und Glasdynamik zu untersuchen.

* Der Struktur des [[Teilkristallin|teilkristallinen]] Zustands sowie den Kristallisations- und Schmelzprozessen von Polymeren (siehe [[Kristallisation (Polymer)|Kristallisation (Polymere)]]). In einer grundlegenden Arbeit postulierte Andrew Keller 1957, dass synthetische Polymere durch Kettenrückfaltung Lamellenkristalle bilden,<ref>{{cite journal |first=A. |last=Keller |title=A note on single crystals in polymers: Evidence for a folded chain configuration |journal=Philosophical Magazine |volume=2 |issue=21 |pages=1171–1175 |doi=10.1080/14786435708242746 |date=1957-09 |language=en}}</ref> die sich wiederum häufig in [[Sphärolith|sphärolitischen]] Überstrukturen organisieren.<ref>{{Literatur |Autor=A. Keller |Titel=Morphology of Crystallizing Polymers |Sammelwerk=Nature |Band=169 |Nummer=4309 |Datum=1952-05 |Seiten=913–914 |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/169913a0 |Sprache=en}}</ref> Da im Verlauf der Kristallisation von Polymeren die Verschlaufungen zwischen den Polymerketten nicht aufgelöst werden können, liegen kristallisationsfähige Polymere in der Regel in teilkristalliner Form vor; die Verschlaufungen reichern sich in den [[Amorphes Material|amorphen]] Teilbereichen an. Bemerkenswerterweise gehören [[Taktizität|ataktische]] Polymere sowie einige statistische [[Copolymer]]e zu den wenigen intrinsisch nicht kristallisationsfähigen [[Spezies (Chemie)|Spezies]].

* Thermodynamik und [[Entmischung (Thermodynamik)|Phasenseparationsmechanismen]] von [[Polymerlegierung|Polymerblends]]. Hierbei ist das auf [[Paul Flory]] und [[Maurice L. Huggins|Maurice Loyal Huggins]] zurückgehende [[Flory-Huggins-Modell]]<ref>{{Literatur |Autor=Paul J. Flory |Titel=Principles of polymer chemistry |Verlag=Cornell University Press |Ort=Ithaca, N.Y. |Datum=1953 |ISBN=0-8014-0134-8 |Sprache=en}}</ref> grundlegend für das Verständnis der Thermodynamik von Polymerblends. Großes Interesse hat auch die Strukturbildung durch [[Entmischung (Thermodynamik)|Entmischung]], wie etwa durch spinodale Entmischung und Mikrophasenseparation, hervorgerufen.<ref>{{Literatur |Autor=P. G. de Gennes |Titel=Dynamics of fluctuations and spinodal decomposition in polymer blends |Sammelwerk=The Journal of Chemical Physics |Band=72 |Nummer=9 |Datum=1980-05 |Seiten=4756–4763 |ISSN=0021-9606 |DOI=10.1063/1.439809 |Sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=K. Binder |Titel=Collective diffusion, nucleation, and spinodal decomposition in polymer mixtures |Sammelwerk=The Journal of Chemical Physics |Band=79 |Nummer=12 |Datum=1983-12-15 |Seiten=6387–6409 |ISSN=0021-9606 |DOI=10.1063/1.445747 |Sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=F. S. Bates |Titel=Polymer-Polymer Phase Behavior |Sammelwerk=Science |Band=251 |Nummer=4996 |Datum=1991-02-22 |Seiten=898–905 |ISSN=0036-8075 |DOI=10.1126/science.251.4996.898 |Sprache=en}}</ref>

* Polymere an [[Grenzfläche]]n, etwa deren Konformationen<ref>{{Literatur |Autor=P. G. de Gennes |Titel=Conformations of Polymers Attached to an Interface |Sammelwerk=Macromolecules |Band=13 |Nummer=5 |Datum=1980-09 |Seiten=1069–1075 |ISSN=0024-9297 |DOI=10.1021/ma60077a009 |Sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=S. T. Milner |Titel=Polymer Brushes |Sammelwerk=Science |Band=251 |Nummer=4996 |Datum=1991-02-22 |Seiten=905–914 |ISSN=0036-8075 |DOI=10.1126/science.251.4996.905 |Sprache=en}}</ref> und deren [[Benetzung]]sverhalten.<ref>{{Literatur |Autor=Günter Reiter |Titel=Dewetting of thin polymer films |Sammelwerk=Physical Review Letters |Band=68 |Nummer=1 |Datum=1992-01-06 |Seiten=75–78 |DOI=10.1103/PhysRevLett.68.75 |Sprache=en}}</ref>

* Struktur und Eigenschaften von [[Funktionspolymere]]n. Unter diese fallen unter anderem [[leitfähige Polymere]], [[elektroaktive Polymere]] wie etwa [[dielektrische Elastomere]], [[Formgedächtnispolymer]]e, [[thermoresponsive Polymere]], [[Photopolymer]]e, [[Ferroelektrikum|ferroelektrische]] Polymere,<ref>{{Literatur |Autor=A. J. Lovinger |Titel=Ferroelectric Polymers |Sammelwerk=Science |Band=220 |Nummer=4602 |Datum=1983-06-10 |Seiten=1115–1121 |ISSN=0036-8075 |DOI=10.1126/science.220.4602.1115 |Sprache=en}}</ref> [[Kunststoffmagnet]]e, [[Polyelektrolyte]], [[Flüssigkristallpolymer]]e sowie [[Blockcopolymere]]. Relevante Anwendungsbereiche sind beispielsweise die [[organische Elektronik]] und die Blockcopolymerlithographie.<ref>{{Literatur |Autor=Craig J. Hawker, Thomas P. Russell |Titel=Block Copolymer Lithography: Merging “Bottom-Up” with “Top-Down” Processes |Sammelwerk=MRS Bulletin |Band=30 |Nummer=12 |Datum=2005 |Seiten=952–966 |ISSN=1938-1425 |DOI=10.1557/mrs2005.249 |Online=[https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-bulletin/article/abs/block-copolymer-lithography-merging-bottomup-with-topdown-processes/0E73FA79C850810DFA5414CF78A21945 Online] |Abruf=2021-02-11 |Sprache=en}}</ref>

== Simulationen ==
{{Hauptartikel|Molekulare Monte-Carlo-Methode}}
Die [[Monte-Carlo-Simulation]]en und [[Molekulardynamik]]simulationen sind ein wichtiges Instrument zur Untersuchung von Polymereigenschaften.
Im Experiment sind viele interessante Größen der Messung nicht zugänglich. Die theoretischen Modelle andererseits haben Schwierigkeiten, Fluktuationen zu beschreiben und sind häufig nur in Grenzfällen exakt. Daher sind Simulationen ein Verbindungsglied zwischen Experiment und Theorie.

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Paul J. Flory |Titel=Principles of polymer chemistry |Verlag=Cornell University Press |Ort=Ithaca, N.Y. |Datum=1953 |ISBN=0-8014-0134-8 |Sprache=en}}
* {{Literatur |Autor=Pierre-Gilles de Gennes |Titel=Scaling concepts in polymer physics |Verlag=Cornell University Press |Ort=Ithaca, N.Y. |Datum=1979 |ISBN=0-8014-1203-X |Sprache=en}}
* {{Literatur |Autor=Michael Rubinstein, Ralph H. Colby |Titel=Polymer physics |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford |Datum=2003 |ISBN=0-19-852059-X |Sprache=en}}
* {{Literatur |Autor=[[Gert Strobl|Gert R. Strobl]] |Titel=The physics of polymers: concepts for understanding their structures and behavior |Auflage=3 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-68411-4 |Sprache=en}}
* {{Literatur |Titel=Thermal Analysis of Polymers: Fundamentals and Applications |Hrsg=Joseph D. Menczel, R. Bruce Prime |Verlag=John Wiley & Sons, Inc. |Ort=Hoboken, NJ, USA |Datum=2009 |ISBN=978-0-470-42383-7 |DOI=10.1002/9780470423837 |Sprache=en}}
* {{Literatur |Autor=R. Stepto, T. Chang, P. Kratochvíl, M. Hess, K. Horie, T. Sato, J. Vohlídal |Titel=Definitions of terms relating to individual macromolecules, macromolecular assemblies, polymer solutions, and amorphous bulk polymers (IUPAC Recommendations 2014) |Sammelwerk=[[Pure and Applied Chemistry]] |Band=Vol. 87 |Nummer=1 |Datum=2015 |Seiten=71 |DOI=10.1515/pac-2013-0201 |Online=[https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/pac.2015.87.issue-1/pac-2013-0201/pac-2013-0201.pdf Online] |Format=PDF |Sprache=en}}
* {{Literatur |Autor=Ulf W. Gedde, Mikael S. Hedenqvist |Titel=Fundamental Polymer Science |Auflage=2 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Cham |Datum=2019 |ISBN=978-3-030-29794-7 |DOI=10.1007/978-3-030-29794-7 |Sprache=en}}

== Einzelnachweise ==
<references responsive />

[[Kategorie:Physik der weichen Materie]]
[[Kategorie:Biophysik]]

Polymerphysik - Versionsgeschichte

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