Polymer crystallization at different substrates : flat histogram Monte Carlo simulation

Abstract

The present work is devoted to the study of crystallization process in the melt of short semiflexible polymer chains near surfaces. In particular, systems with two unstructured hard repulsive walls, as well as systems with one repulsive and one attractive wall are considered. A comparison of the observed phenomena is made with the bulk system without confinements. The occurrence of a two-dimensional crystalline layer near the attractive wall is discussed, as well as the possibility of distinguishing between heterogeneous nucleation and prefreezing crystallization scenarios. The study is carried out with the Stochastic Approximation Monte Carlo (SAMC) simulation using a coarse-grained tangent hard sphere model. We have also proposed new methods to analyze local crystalline ordering based on Steinhardt parameters.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Kristallisationsprozesses in der Schmelze kurzer, semiflexibler Polymerketten in der Nähe von Oberflächen. Insbesondere werden Systeme mit zwei unstrukturierten, harten, abstoßenden Wänden sowie Systeme mit einer abstoßenden und einer anziehenden Wand betrachtet. Die beobachteten Phänomene werden mit dem Volumensystem ohne Wände verglichen. Das Auftreten einer zweidimensionalen kristallinen Schicht in der Nähe der anziehenden Wand wird ebenso erörtert wie die Möglichkeit, zwischen zwei Szenarien der Kristallization an Obeflächen - heterogener Keimbildung und Prefreezing - zu unterscheiden. Die Untersuchung wird mit der Stochastic Approximation Monte Carlo (SAMC)-Simulation unter Verwendung eines grobkörnigen Tangential-Hartkugelmodells durchgeführt. Wir haben auch neue Methoden zur Analyse der lokalen kristallinen Ordnung auf der Grundlage von Steinhardt-Parametern vorgeschlagen.