Severin, , Nikolai: Molecular Dynamics Simulations of Polymers and Micelles at Interfaces

Chapter 6. Zusammenfassung

Die Schwerpunkte der Arbeit sind:

  1. MD Simulation der Grenzfläche zwischen Polyethylen (PE) und isotaktischem Polypropylen (iPP)
  2. MD Simulation einer zylindrischen Mizelle aus Tetradecyltrimethylammoniumbromid (TAB) in einer wässerigen Umgebung.
  3. Der Einfluß des Substrats auf die Struktur einer halbzylindrischen und einer zylindrischen Mizelle aus TAB - Molekülen.

(1) Die durch Experimente zur epitaxialen Kristallisation von PE auf iPP vorgeschlagenen Grenzflächenstrukturen sowie andere Referenzgrenzflächen waren Ausgangspunkt für die MD - Simulation. Während es experimentell gelingt, die kristallographischen Achsen von PE und iPP an ihrer Grenzfläche zu bestimmen, ist es nicht möglich festzustellen, ob PE an dieser Grenzfläche bevorzugt mit hoher oder geringer Methylgruppendichte kristallisiert. Ein Vergleich der durch MD - Simulation bestimmten Adhäsionsenergien verschiedener Grenzflächen ergibt, daß die niedrigste Energie derjenigen Grenzfläche zugeordnet werden kann, die die niedrigste Konzentration von Methylgruppen auf der iPP - Oberfläche aufweist. Daher ist zu vermuten, daß PE auf der iPP Oberfläche mit geringer Methylgruppendichte kristallisiert.

Ebenso konnte herausgestellt werden, daß sich die gesamte orthorombische Schicht kristallinen PEs, die im simulierten System die stärkste Adhäsion aufweist, in die monokline Form umwandelt. Dieses Phänomen wurde kritisch diskutiert. Es wurde argumentiert, daß die Transformation von der monoklinen Form hin zur orthorombischen aufgrund gewisser Fehler in der MD - Simulation vollzogen wird und dies möglicherweise lediglich einen Artefakt darstellt. Denkbar ist aber auch, daß sich tatsächlich eine dünne Lage PE unmittelbar an der iPP - Oberfläche in die monokline Form umwandelt, während PE sonst aber bevorzugt in der orthorombischen Form vorliegt.

(2) Das Ziel der Simulation einer zylindrischen Mizelle in Wasser bestand zunächst darin, die Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse zu überprüfen. Hierzu konnte auf experimentelle Arbeiten zurückgegriffen werden. Außerdem gibt es bis heute keine detaillierten Ergebnisse von Computersimulationen für große kugelförmige oder zylindrische Mizellen. Der Vorteil der Simulation einer zylindrischen Mizelle gegenüber der einer kugelförmigen liegt in der Möglichkeit der Anwendung periodischer Randbedingungen. Folglich muß für die zylindrische Mizelle lediglich ein kleiner Ausschnitt simuliert werden, das System wird aber trotzdem als virtuell unendlich betrachtet.

Zwischen Experiment und simulierter zylindrischer Mizelle wurde eine gute Übereinstimmung gefunden. Ungeachtet dessen weist die simulierte Mizelle keine homogene Dichte im Kern auf. Die allgemein herrschende Auffassung geht hingegen von einem homogenen, flüssigkeitsähnlichen Mizellkern aus. Es wird argumentiert, daß der Mizellkern ohnehin nur in erster Näherung als homogen betrachtet werden kann. Die Ordnung des Mizellkerns wird dadurch bestimmt, daß die Kopfgruppen an der Mizelloberfläche sitzen. Die nicht uniforme Verteilung der terminalen Methylgruppen wird hierbei für die nichthomogene Dichte im Kern verantwortlich sein.

(3) Hier wurden halbzylindrische Mizellen aus TAB - Molekülen auf einer Goldoberfläche simuliert. Es konnte gezeigt werden, daß die Goldoberfläche eine wesentlich höhere Ordnung in der halbzylindrischen Mizelle hervorruft als das Paraffinsubstrat. Ebenso wurde eine zylindrische Mizelle aus TAB - Molekülen auf einem Goldsubstrat mit Hilfe der MD - Simulation studiert. Hierbei flachte die zylindrische Mizelle ab, wobei die Alkylketten zu einer senkrechten Ausrichtung bezüglich der Substratebene tendierten. Dieses Abflachen und die Reorientierung der Alkylketten wurde mit entsprechenden Experimenten auf Silizium verglichen, wobei auch hier eine gute Übereinstimmung gefunden werden konnte.


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Thu Feb 24 14:14:32 2000