Title (eng)
Telechelic star polymers under shear flow
Parallel title (deu)
Telechelische Sternpolymere unter Scherung
Author
Maud Formanek
Advisor
Christos Likos
Assessor
Christos Likos
Abstract (deu)
Telechelische Sternpolymere (TSPs), bestehend aus $f$ amphiphilen Diblock-Kopolymeren verankert an einem zentralen Punkt, stellen eine Klasse von leicht manipulierbaren Nanopartikeln mit der Fähigkeit zur spontanen Selbstorganisation zu weichen Kolloiden mit attraktiven Aggregationszentren an ihrer Peripherie dar. In dieser Arbeit wurde die Anzahl und Größe besagter Aggregationszentren, die Form, sowie die Resistenz gegen Orientierung in einer Strömung unter homogener Scherung untersucht. Hierfür wurde ein hybrider Algorithmus verwendet, welcher aus einer Kombination von Molekulardynamik zur Simulation der Monomere und der mesoskopischen Technik "Multiparticle Collision Dynamics" zur Simulation der Fluidteilchen bestand. Es wurden telechelische Sternpolymere der Funktionalitäten $f = \lbrace 6, 9, 15\rbrace$, sowie mit einem Anteil an solvophoben Monomeren von $\alpha = 0.3$ und $\alpha = 0.5$ betrachtet. Die Kopplungskonstante $\lambda$, welche die Attraktivität zwischen solvophoben Teilchen bestimmt, wurde dabei zwischen $\lambda = 0.5$ und $\lambda = 1.15$ variiert. Es zeigte sich hierbei, dass Scherung Clusterbildung für jene Sternpolymere verstärkt, die in Gleichgewichtssituationen wenig attraktive Aggregationsszentren aufweisen. Dies lässt sich auf deren Ausrichtung im Strömungsprofil der Flüssigkeit zurückführen. Für telechelische Sternpolymere mit hoher Amphiphilizität und Anziehung zwischen deren solvophoben Anteilen konnten wir allerdings eine nicht-monotone Abhängigkeit der Anzahl und Größe der solvophoben Cluster von der Schergeschwindigkeit feststellen. Des weiteren wurden Form und Orientierung der telechelischen Sterne mit jenen von athermalen Sternen verglichen und eine stärkere Resistenz gegen Ausrichtung in der Strömung beobachtet. Zum Schluss wird eine Erklärung für die dynamische Reorganisation der solvophoben Aggregate unter dem Einfluss von Scherspannung angeboten und Annahmen zu deren Implikationen für rheologische Eigenschaften getätigt.
Abstract (eng)
Telechelic star polymers (TSPs), consisting of $f$ amphiphilic diblock-copolymer arms anchored to a central point, represent a class of highly tunable nanoparticles with the ability of spontaneously self-assembling into soft patchy particles with attractive aggregation sites formed by the solvophobic parts on their periphery. In this thesis, the patchiness, shape and orientational resistance of said polymers is examined under homogeneous shear flows. This is achieved by employing a hybrid algorithm combining Molecular Dynamics for the monomers with the mesoscopic technique of Multiparticle Collision Dynamics for the solvent. Telechelic star polymers of functionalities $f = \lbrace 6, 9, 15 \rbrace$ with a fraction of solvophobic monomers of $\alpha = 0.3$ and $\alpha = 0.5$ are considered. The coupling constant governing the attraction between solvophobic monomers is varied from $\lambda = 0.5$ to $\lambda = 1.15$. We find that shear flow promotes patch formation for stars exhibiting little clustering of their solvophobic monomers in equilibrium conditions due to the alignment of the arms with the flow field. For telechelic star polymers of high amphiphilicity and attraction between solvophobic monomers, however, we discover a non-monotonic dependence of patch number and patch size on shear rate. We compare the shape and alignment with the flow of TSPs with that of athermal stars and observe a stronger resistance against alignment at intermediate shear rates. Finally, we propose explanations for the dynamic reorganisation of the solvophobic patches when subjected to shear stresses and make assumptions about their implications on rheological properties in dilute systems.
Keywords (eng)
Telechelic Star PolymersShearHydrodynamicspatchy particlescolloidsSoft Matterrheology
Keywords (deu)
Telechelische SternpolymereHydrodynamikScherungKolloideWeiche Materie
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1329477
rdau:P60550 (deu)
70 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Number of pages
71
Association (deu)
Title (eng)
Telechelic star polymers under shear flow
Parallel title (deu)
Telechelische Sternpolymere unter Scherung
Author
Maud Formanek
Abstract (deu)
Telechelische Sternpolymere (TSPs), bestehend aus $f$ amphiphilen Diblock-Kopolymeren verankert an einem zentralen Punkt, stellen eine Klasse von leicht manipulierbaren Nanopartikeln mit der Fähigkeit zur spontanen Selbstorganisation zu weichen Kolloiden mit attraktiven Aggregationszentren an ihrer Peripherie dar. In dieser Arbeit wurde die Anzahl und Größe besagter Aggregationszentren, die Form, sowie die Resistenz gegen Orientierung in einer Strömung unter homogener Scherung untersucht. Hierfür wurde ein hybrider Algorithmus verwendet, welcher aus einer Kombination von Molekulardynamik zur Simulation der Monomere und der mesoskopischen Technik "Multiparticle Collision Dynamics" zur Simulation der Fluidteilchen bestand. Es wurden telechelische Sternpolymere der Funktionalitäten $f = \lbrace 6, 9, 15\rbrace$, sowie mit einem Anteil an solvophoben Monomeren von $\alpha = 0.3$ und $\alpha = 0.5$ betrachtet. Die Kopplungskonstante $\lambda$, welche die Attraktivität zwischen solvophoben Teilchen bestimmt, wurde dabei zwischen $\lambda = 0.5$ und $\lambda = 1.15$ variiert. Es zeigte sich hierbei, dass Scherung Clusterbildung für jene Sternpolymere verstärkt, die in Gleichgewichtssituationen wenig attraktive Aggregationsszentren aufweisen. Dies lässt sich auf deren Ausrichtung im Strömungsprofil der Flüssigkeit zurückführen. Für telechelische Sternpolymere mit hoher Amphiphilizität und Anziehung zwischen deren solvophoben Anteilen konnten wir allerdings eine nicht-monotone Abhängigkeit der Anzahl und Größe der solvophoben Cluster von der Schergeschwindigkeit feststellen. Des weiteren wurden Form und Orientierung der telechelischen Sterne mit jenen von athermalen Sternen verglichen und eine stärkere Resistenz gegen Ausrichtung in der Strömung beobachtet. Zum Schluss wird eine Erklärung für die dynamische Reorganisation der solvophoben Aggregate unter dem Einfluss von Scherspannung angeboten und Annahmen zu deren Implikationen für rheologische Eigenschaften getätigt.
Abstract (eng)
Telechelic star polymers (TSPs), consisting of $f$ amphiphilic diblock-copolymer arms anchored to a central point, represent a class of highly tunable nanoparticles with the ability of spontaneously self-assembling into soft patchy particles with attractive aggregation sites formed by the solvophobic parts on their periphery. In this thesis, the patchiness, shape and orientational resistance of said polymers is examined under homogeneous shear flows. This is achieved by employing a hybrid algorithm combining Molecular Dynamics for the monomers with the mesoscopic technique of Multiparticle Collision Dynamics for the solvent. Telechelic star polymers of functionalities $f = \lbrace 6, 9, 15 \rbrace$ with a fraction of solvophobic monomers of $\alpha = 0.3$ and $\alpha = 0.5$ are considered. The coupling constant governing the attraction between solvophobic monomers is varied from $\lambda = 0.5$ to $\lambda = 1.15$. We find that shear flow promotes patch formation for stars exhibiting little clustering of their solvophobic monomers in equilibrium conditions due to the alignment of the arms with the flow field. For telechelic star polymers of high amphiphilicity and attraction between solvophobic monomers, however, we discover a non-monotonic dependence of patch number and patch size on shear rate. We compare the shape and alignment with the flow of TSPs with that of athermal stars and observe a stronger resistance against alignment at intermediate shear rates. Finally, we propose explanations for the dynamic reorganisation of the solvophobic patches when subjected to shear stresses and make assumptions about their implications on rheological properties in dilute systems.
Keywords (eng)
Telechelic Star PolymersShearHydrodynamicspatchy particlescolloidsSoft Matterrheology
Keywords (deu)
Telechelische SternpolymereHydrodynamikScherungKolloideWeiche Materie
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1329478
Number of pages
71
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