Untersuchung der passiven und aktiven Mikrorheologie einer unverschlauften Polymerschmelze mittels Molekulardynamik-Simulationen

Abstract

In dieser Arbeit wird die passive und aktive Mikrorheologie einer unverschlauften Polymerschmelze mittels Molekulardynamik-Simulationen untersucht. Die Mikrorheologie beruht auf der Beobachtung der thermischen oder angeregten Bewegung von suspendierten mikro- oder nanoskopischen Teilchen, aus der die rheologischen Eigenschaften des umgebenden Materials berechnet werden können. Dazu wird ein einfaches Polymermodell ähnlich dem Kugel-Feder-Modell von Kremer und Grest verwendet. Im Rahmen der Simulationen können Parameter wie Größe des Nanopartikels und der Simulationsbox, Länge der Polymerketten, Wechselwirkung zwischen Nanopartikel und Polymeren und Temperatur leicht variiert werden und somit deren Einfluss auf die mikrorheologischen Ergebnisse geprüft werden. Das Resultat ist, dass bei hohen Temperaturen und nicht zu starker Wechselwirkung zwischen Nanopartikel und Monomeren eine sehr gute Übereinstimmung zwischen mikrorheologischen Modulen und den Referenzmodulen besteht.

In this work the passive and active microrheology of an unentangled polymer melt is studied via Molecular Dynamics Simulations. Microrheology is based on monitoring the thermal or stimulated motion of suspended micro- or nanoscopic particles, from which the rheological properties of the surrounding material can be calculated. For this a simple polymer model similar to the bead-spring model of Kremer and Grest is used. In the simulations parameters like the sizes of the nanoparticle and the simulation box, the length of the polymer chains, the interaction between nanoparticle and polymers and temperature can be varied easily and hence their influence on the microrheological results can be investigated. The outcome is, that at high temperatures and not too strong interaction between nanoparticle and monomers, there is a very good agreement between microrheological moduli and reference moduli.