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Professur für Polymere
und Nanostrukturen
Prof. Dr. M. Schönhoff

Corrensstr. 28/30 48149 Münster
Tel.: +49 251 83-23410
Fax: +49 251 83-29138

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Vorlesung: Weiche Materie



Beginn: 21.04.2009

Zeit:  Di 8 - 10 Uhr  + Ersatztermine Fr 8 -10 Uhr
Zeitplan

Ort: Hörsaal HS 2 (Physik)

Inhalt:

Hinweis: Die Power- Point- Folien dienen nur zur Illustration ausgewählter Vorlesungsinhalte, sie sind nicht repräsentativ für den gesamten Inhalt der Vorlesung, da die Vorlesung im wesentlichen an der Tafel stattfindet!

1. Einführung : Was ist ‚Weiche Materie'

1.1. Überblick: Die bunte Phasenvielfalt von Amphiphilen, Polymeren, Kolloiden
1.2. Interne Grenzflächen, Mesoskopische Längenskalen und Konzept der Vorlesung

Kapitel 1

Literatur:
Links als erster Überblick über das Thema 'Weiche Materie'
Weiche Materie im Jahr der Physik
Übersichtsartikel von H. Löwen

2. Grenzflächen

2.1. Oberflächenspannung und Kontaktwinkel
2.1.1. Oberflächenenergien
2.1.2. Spreitverhalten und Kontaktwinkel
2.2. Gekrümmte Oberflächen
2.2.1. Young-Laplace-Gleichung
2.2.2. Messung von Oberflächenspannungen
2.3. Kondensation und Nukleation
2.3.1. Kelvin-Gleichung
2.3.2. Nukleation und Ostwald-Reifung
2.4. Adsorption
2.4.1. Grenzflächenüberschuß, Adsorptionsisothermen
2.5. Wechselwirkungen, Elektrostatik an Grenzflächen
2.5.1. Molekulare Wechselwirkungen
2.5.2. Elektrostatik in Lösungen
2.5.3. Elektrostatik an Grenzflächen, Gouy-Chapman-Theorie

Kapitel 2: File 1
Kapitel 2: File 2
Herleitung Gouy-Chapman-Theorie


Literatur:
Evans, D.F.; Wennerström, H. The colloidal domain: Where physics, chemistry, biology and technology meet VCH Verlag 1994.
Butt, H.-J.; Graf, K.; Kappl, M. Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH 2003
Wedler, G. Lehrbuch der Physikalischen Chemie, Wiley-VCH 1982/1997

3. Thermotrope Flüssigkristalle

3.1. Aggregatzustände, Nah- und Fernordnung
3.2. Flüssigkristalline Phasen
3.2.1. Die nematische Phase: Orientierungen und Doppelbrechung
3.2.2. Weitere LC-Phasen: cholesterisch, smektisch, kolumnar
3.2.3. Untersuchungsmethoden von Flüssigkristallen
3.3. Orientierungsordnung, Maier-Saupe-Theorie
3.3.1. Die Orientierungsverteilungsfunktion
3.3.2. Entwicklung nach Ordnungsparametern
3.3.3. Modelle für Orientierungsordnung
3.3.4. Molekularfeldnäherung, Maier-Saupe-Theorie
3.4. Anwendungen: schaltbare Orientierungen, LC Displays

Kapitel 3: File 1
Kapitel 3: File 2

Literatur:
Strobl, G. Physik kondensierter Materie: Kristalle, Flüssigkeiten, Flüssigkristalle und Polymere, Springer 2002.
Für diese Vorlesung sind nur die Kapitel Flüssigkristalle und Polymere interessant, sonst eher ein Physikbuch
Peter J. Collings: Liquid Crystals: Nature’s delicate phase of matter, Princeton University Press, Oxford 2002 (2nd edition).
Einführung in Flüssigkristalle, rein qualitative Darstellung mit sehr wenig Mathematik, einfach verständlich.
Gerd Heppke und Christian Bahr: Flüssigkristalle, in: Bergmann-Schäfer: Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 5, Kapitel 6 De Gruyter, Berlin 1992.
Überblick experimenteller und theoretischer Ergebnisse, keine Herleitungen.

Nobelpreis P.-G. de Gennes

Ingo Dierking: Phasenvielfalt und Farbenspiel: Physik Journal, April 2009

Phasenvielfalt und Farbenspiel

4. Polymere I: Einzelkettenkonformationen

4.1. Konformation der Einzelkette
4.1.1. Ideale Kette: Random-Walk-Modell
4.1.2. Reale Kette: Selbstvermeidung
4.1.3. Geladene Ketten, Persistenz und Kuhn-Segmente
4.2. Ketten in Lösung
4.1.1. Wechselwirkungen
4.2.2. Flory-Huggins-Theorie
4.2.3. Polymermischungen
4.2.4. Osmotischer Druck
4.3. Homopolymerphasen und Dynamik
4.3.1. Phasenzustände reinen Polymers
4.3.2. Rouse-Modell
4.3.3. Reptation

Kapitel 4

Literatur:
Strobl, G. The Physics of Polymers, Springer 1997.
Doi, M. Introduction to Polymer Physics, Oxford Univ. Press 1996.
Günstiges Taschenbuch, enthält die wesentlichen Herleitungen zu Random-walk und Flory-Huggins-Modellen.
Sun, S.F. Physical Chemistry of Macromolecules, Wiley 2004
Strobl, G. Physik kondensierter Materie: Kristalle, Flüssigkeiten, Flüssigkristalle und Polymere, Springer 2002.
Für diese Vorlesung sind nur die Kapitel Flüssigkristalle und Polymere interessant, sonst eher ein Physikbuch
Schurtenberger, P. Script "Polymere II: Physik" Vorlesungsscript in pdf-Form
Sehr schön ausführliches, quantitatives Script über Kettenkonformationen. Schwerpunkt auf Strukturuntersuchungen mit Streumethoden, viele experimentelle Daten dazu.

5. Lösliche Amphiphile: Tenside

5.1. Aggregation
5.1.1. Größenverteilungen von Aggregaten
5.1.2. Packungsparameter und Aggregatform
5.2. Phasendiagramme
5.2.1. Lyotrope Flüssigkristalle: Phasenabfolge
5.2.2. Ternäre Mischungen
5.2.3. Mikro- und Makroemulsionen
5.3. Adsorption, Schäume und Filme
5.3.1. Adsorptionsisothermen
5.3.2.Schäume und Filme

Kapitel 5: Teil 1
Kapitel 5: Teil 2
Kapitel 5: Teil 3

Literatur:
Evans, D.F.; Wennerström, H. The colloidal domain: Where physics, chemistry, biology and technology meet VCH Verlag 1994.
Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces, Academic Press/Elsevier 1992
Ein Klassiker. Beschreibt kolloidale Systeme, Grenzflächen und Selbstorganisation anhand des Konzeptes von Kräften zwischen Molekülen und Nanopartikeln.
Butt, H.-J.; Graf, K.; Kappl, M. Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH 2003
Hamley, Ian W. Introduction to soft matter: Polymers, colloids, amphiphiles and liquid crystals, Wiley 2000 .

6. Unlösliche Amphiphile: Lipide

6.1. Volumenphasen
6.2. Langmuir-Filme: Isothermen, Phasenverhalten
6.3. Lipid-Doppelschichten

Kapitel 6

Literatur: siehe Kapitel 5

7. Polymere II: Komplexe Strukturen und Anwendungen

7.1. Assoziationspolymere, Phasenverhalten
7.2. Polymere Werkstoffe: Mechanische Eigenschaften

Kapitel 7

Literatur:
Reviewartikel: Förster, Plantenberg, Angew. Chem. 2002, 114, 712

8. Kolloide: Wechselwirkungen, Stabilität

6.1. Kräfte zwischen Grenzflächen
6.2. Stabilität von Dispersionen, DLVO-Theorie
6.3. Sterische Abstoßung, Polymeradsorption
6.4. Anwendungsbeispiel: Emulsionspolymerisation

Kapitel 8

Literatur:
Lagaly, G.; Schulz, O.; Zimehl, R. Dispersionen und Emulsionen, Steinkopff 1997.
Sehr detaillierte Behandlung kolloidaler Dispersionen, auch im Hinblick auf technische Anwendungen
Evans, D.F.; Wennerström, H. The colloidal domain: Where physics, chemistry, biology and technology meet, VCH Verlag 1994.
Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces, Academic Press/Elsevier 1992


Allgemeine Literatur / Lehrbücher:

Hamley, Ian W. Introduction to soft matter: Polymers, colloids, amphiphiles and liquid crystals, Wiley 2000 .
Enthält ziemlich genau dem Umfang des Stoffes der Vorlesung, ist allerdings in einigen Punkten eher qualitativ, d.h. mit viel Text beschreibend, statt quantitativ; Herleitungen fehlen, daher etwas oberflächlich.

Evans, D.F.; Wennerström, H. The colloidal domain: Where physics, chemistry, biology and technology meet, VCH Verlag 1994.
Sehr schönes Lehrbuch, didaktisch sehr gelungen und verständlich. Fokussiert sich auf Assoziationskolloide, daher nicht viel über Polymere und Flüssigkristalle.

Israelachvili, J. Intermolecular and Surface Forces, Academic Press/Elsevier 1992
Ein Klassiker. Beschreibt kolloidale Systeme, Grenzflächen und Selbstorganisation anhand des Konzeptes von Kräften zwischen Molekülen und Nanopartikeln.

Strobl, G. The Physics of Polymers, Springer 1997.

Butt, H.-J.; Graf, K.; Kappl, M. Physics and Chemistry of Interfaces, Wiley-VCH 2003.

Strobl, G. Physik kondensierter Materie: Kristalle, Flüssigkeiten, Flüssigkristalle und Polymere, Springer 2002.

Doi, M. Introduction to Polymer Physics, Oxford Univ. Press 1996.

Lagaly, G.; Schulz, O.; Zimehl, R. Dispersionen und Emulsionen, Steinkopff 1997.

Adam, Läuger, Stark Physikalische Chemie und Biophysik, Springer 2003.


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