Polymer-Physik ist das Feld der Physik, die Polymer, ihre Schwankungen, mechanische Eigenschaften, sowie die Kinetik von Reaktionen studiert, die mit Degradierung und Polymerisation von Polymern und monomers beziehungsweise verbunden sind.

Während es sich auf die Perspektive der kondensierten Sache-Physik konzentriert, ist Polymer-Physik ursprünglich ein Zweig der statistischen Physik. Polymer-Physik und Polymer-Chemie sind auch mit dem Feld der Polymer-Wissenschaft verbunden, wo das als der applicative Teil von Polymern betrachtet wird.

Polymer sind große Moleküle und sind so sehr kompliziert, um das Verwenden einer deterministischen Methode zu lösen. Und doch können statistische Annäherungen Ergebnisse nachgeben und sind häufig sachdienlich, da große Polymer (d. h., Polymer mit einer Vielzahl von monomers) effizient in der thermodynamischen Grenze des Unendliches viele monomers beschreibbar sind (obwohl die wirkliche Größe klar begrenzt ist).

Thermalschwankungen betreffen unaufhörlich die Gestalt von Polymern in flüssigen Lösungen, und das Modellieren ihrer Wirkung verlangt Verwenden-Grundsätze von der statistischen Mechanik und Dynamik. Als eine Folgeerscheinung betrifft Temperatur stark das physische Verhalten von Polymern in der Lösung, Phase-Übergänge verursachend, schmilzt und so weiter.

Die statistische Annäherung für die Polymer-Physik basiert auf einer Analogie zwischen einem Polymer und entweder eine Brownsche Bewegung oder anderer Typ eines zufälligen Spaziergangs, des Selbstvermeiden-Spaziergangs. Das einfachstmögliche Polymer-Modell wird durch die ideale Kette entsprechend einem einfachen zufälligen Spaziergang präsentiert. Experimentelle Annäherungen, um Polymer zu charakterisieren, sind auch, mit Polymer-Charakterisierungsmethoden, wie Größe-Ausschluss-Chromatographie, Viscometry, das Dynamische leichte Zerstreuen und die Automatische Dauernde Online-Überwachung von Polymerization Reaktionen (ACOMP) üblich, für die chemischen, physischen und materiellen Eigenschaften von Polymern zu bestimmen. Diese experimentellen Methoden haben auch dem mathematischen Modellieren von Polymern und sogar für ein besseres Verstehen der Eigenschaften von Polymern geholfen.

• Flory wird als der erste Wissenschaftler betrachtet, der das Feld der Polymer-Physik einsetzt.
• Französische Wissenschaftler haben sehr seit den 70er Jahren (z.B de Gennes, J. des Cloizeaux) beigetragen.
• Doi und Edwards haben ein sehr berühmtes Buch in der Polymer-Physik geschrieben.
• Russische und sowjetische Schulen der Physik (ich. M. Lifshitz, A. Yu. Grosberg, A.R. Khokhlov) sind in der Entwicklung der Polymer-Physik sehr aktiv gewesen.

Modelle

Modelle von Polymer-Ketten werden in zwei Typen gespalten: "ideale" Modelle und "echte" Modelle. Ideale Kettenmodelle nehmen an, dass es keine Wechselwirkungen zwischen der Kette monomers gibt. Diese Annahme ist für bestimmte polymere Systeme gültig, wo die positiven und negativen Wechselwirkungen zwischen dem monomer effektiv annullieren. Ideale Kettenmodelle stellen einen guten Startpunkt für die Untersuchung von komplizierteren Systemen zur Verfügung und werden für Gleichungen mit mehr Rahmen besser angepasst.

Ideale Ketten

Die frei gegliederte Kette ist das einfachste Modell eines Polymers. In diesem Modell werden befestigte Länge-Polymer-Segmente geradlinig verbunden, und das ganze Band und Verdrehungswinkel sind gleich wahrscheinlich. Das Polymer kann deshalb durch einen einfachen zufälligen Spaziergang und ideale Kette beschrieben werden.

Die frei rotierende Kette verbessert das frei gegliederte Kettenmodell, indem sie in Betracht gezogen wird, dass Polymer-Segmente einen festen Winkel zu benachbarten Einheiten wegen des spezifischen chemischen Abbindens machen. Unter diesem festen Winkel sind die Segmente noch frei zu rotieren, und alle Verdrehungswinkel sind ebenso wahrscheinlich.

Das gehinderte Folge-Modell nimmt an, dass der Verdrehungswinkel durch eine potenzielle Energie gehindert wird. Das lässt die Wahrscheinlichkeit jeder Verdrehung proportional zu einem Faktor von Boltzmann angeln:

Im isomeren Rotationsstaat modellieren die erlaubten Verdrehungswinkel werden durch die Positionen der Minima in der potenziellen Rotationsenergie bestimmt. Band-Längen und Band-Winkel sind unveränderlich.

Die einem Wurm ähnliche Kette ist ein komplizierteres Modell. Es zieht die Fortsetzungslänge in Betracht. Polymer sind nicht völlig flexibel; das Verbiegen von ihnen verlangt Energie. An der Länge-Skala unter der Fortsetzungslänge benimmt sich das Polymer mehr oder weniger wie eine starre Stange.

Echte Ketten

Wechselwirkungen zwischen der Kette monomers können als ausgeschlossenes Volumen modelliert werden. Das verursacht die Verminderung der conformational Möglichkeiten der Kette, und führt zu einem selbstvermeidenden zufälligen Spaziergang. Selbstvermeidende zufällige Spaziergänge haben verschiedene Statistik zu einfachen zufälligen Spaziergängen.

Lösende und Temperaturwirkung

Die Statistik einer einzelnen Polymer-Kette hängt vom Lösungsmittel ab. Für das gute Lösungsmittel wird die Kette mehr ausgebreitet, während für das schlechte Lösungsmittel die Kettensegmente in der Nähe von einander bleiben. In der Grenze eines sehr schlechten Lösungsmittels bricht die Polymer-Kette bloß zusammen, um einen harten Bereich zu bilden, während im guten Lösungsmittel die Kette schwillt, um die Zahl von mit dem Polymer flüssigen Kontakten zu maximieren. Für diesen Fall wird dem Radius der Kreisbewegung mit der Mittelfeldannäherung von Flory näher gekommen, die ein Schuppen für den Radius der Kreisbewegung nachgibt:

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wo der Radius der Kreisbewegung des Polymers ist, ist die Zahl von Band-Segmenten (gleich dem Grad von polymerization) von der Kette.

Für das gute Lösungsmittel; für das schlechte Lösungsmittel. Deshalb hat das Polymer im guten Lösungsmittel größere Größe und benimmt sich wie ein Fractal-Gegenstand. Im schlechten Lösungsmittel benimmt es sich wie ein fester Bereich.

Im so genannten Lösungsmittel, der das Ergebnis des einfachen zufälligen Spaziergangs ist. Die Kette benimmt sich als ob eine ideale Kette.

Die Qualität des Lösungsmittels hängt auch von der Temperatur ab. Für ein flexibles Polymer kann niedrige Temperatur schlechter Qualität entsprechen, und hohe Temperatur macht denselben lösenden Nutzen. Bei einer besonderen Temperatur genannt theta (θ) Temperatur benimmt sich das Lösungsmittel als ob eine ideale Kette.

Ausgeschlossene Volumen-Wechselwirkung

Das ideale Kettenmodell nimmt an, dass Polymer-Segmente mit einander überlappen können, als ob die Kette eine Gespenst-Kette war. In Wirklichkeit können zwei Segmente nicht denselben Raum zur gleichen Zeit besetzen. Diese Wechselwirkung zwischen Segmenten wird die ausgeschlossene Volumen-Wechselwirkung genannt.

Die einfachste Formulierung des ausgeschlossenen Volumens ist der selbstvermeidende zufällige Spaziergang, ein zufälliger Spaziergang, der seinen vorherigen Pfad nicht wiederholen kann. Ein Pfad dieses Spaziergangs von N-Schritten in drei Dimensionen vertritt eine Angleichung eines Polymers mit der ausgeschlossenen Volumen-Wechselwirkung. Wegen der Selbstvermeiden-Natur dieses Modells wird die Anzahl von möglichem conformations bedeutsam vermindert. Der Radius der Kreisbewegung ist allgemein größer als diese der idealen Kette.

Flexibilität

Ob ein Polymer flexibel ist oder nicht von der Skala von Interesse abhängt. Zum Beispiel ist die Fortsetzungslänge der doppelt gestrandeten DNA ungefähr 50 nm. Das Aussehen klettert ausführlich kleiner als 50 nm (Bekannt als die Grenze von McGuinness), es benimmt sich mehr oder weniger wie eine starre Stange. Ausführlich Skala, die viel größer ist als 50 nm, es benimmt sich wie eine flexible Kette.

Siehe auch

• Wichtige Veröffentlichungen in der Polymer-Physik.
• Polymer-Charakterisierung
• Dateidynamik

Links

• Plastik & Polymer-Formulierungen