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Lehrende/r: Univ.-Prof. Dr. Thomas Palberg; Prof. Dr. Doris Vollmer
Veranstaltungsart:
Vorlesung/Übung
Anzeige im Stundenplan:
08.128.722
Semesterwochenstunden:
4
Credits:
6,0
Unterrichtssprache:
Englisch
Min. | Max. Teilnehmerzahl:
- | -
Voraussetzungen / Organisatorisches:
Der Kurs Material Science fokussiert sich im SS 20 auf Soft Materials und wendet sich dabei an Master Studierende aus der Physik, aber auch der Chemie
Der Kurs wird in Englisch gelehrt, um Studierenden aller Herkunft entgegenzukommen.
Inhalt:
Materialien aus Weicher Materie
Der Kurs bietet einen breiten Überblick über die Materialien weicher kondensierter Materie und ihre Eigenschaften. Im Gegensatz zu Systemen harter kondensierter Materie weisen Systeme weicher Materie Charakteristiken von sowohl Flüssigkeiten, als auch fester Materie auf (daher der Name). Dabei gibt es oberhalb der atomaren Skala noch weitere relevante Längenskalen, die sowohl für die Ausbildung der inneren Struktur solcher Systeme als auch für die resultierende Dynamik von großer Bedeutung sind. Ihr spezielles Verhalten wird durch verschiedenste langreichweitige Kräfte verursacht, die je nach Material abstoßend, anziehend, oder beides aber auf unterschiedlichen Skalen sind. Blut, Milch, Lacke, Bohrflüssigkeiten, Seife und superabsorbierende Windeleinlagen sind einige Beispiele solcher Systeme.
Der Kurs diskutiert die Eigenschaften von Polymeren, Kolloiden, Tensiden, Polyelektrolyten und Flüssigkristallen. Angefangen von der hier vorherrschenden Kräften und effektiven Wechselwirkungen über die resultierenden grundlegenden Strukturen bis hin zur durch beides bestimmten Systemdynamik und Transportprozessen in externen Feldern wird die großen Vielfalt an Eigenschaften die in echten Materialien gesehen werden anhand der jeweils relevaten Materialklassen nach und nach erarbeitet. Experimentelle Techniken werden in ihren Grundlagen diskutiert und komplementäre Zugänge über Streuexperimente und bildgebende Verfahren erläutert.
Vorläufige Gliederung:
- Überblick, Einführung, Definitionen
- Stabilität von Systemen, Klassifikation
- Bestimmung relevanter Längenskalen (Mikroskopietechniken, Streuverfahren)
- Bestimmung und relevanter Zeitskalen (dynamische Lichtstreuung, DLS, PCS) am einfachsten Beispiel harter diffundierenden Kugeln
- Phasenverhalten harter Kugeln und harter Stäbchen
- Flüssigkristalle: Abstandsordnung vs. Orientierungsordnung
- Zusätzliche interne Freiheitsgrade: Polymere in Lösung und in der Schmelze, Viskosität, Glasbildung, Kristallisation
- konkurrierende Wechselwirkungen und gegenseitige Mischbarkeit: Amphiphile und Tenside,
- von einfacher Entmischung zu komplexen Strukturen: Öl und Wasser, Mizellen, Block-copolymere, Mayonaise, Pickering-Emulsionen
- geladene Polymere, Polyelektrolyte, geladene Kugeln, von Babywindeln zu Opalen
- Bestimmung der effktiven Ladung: Leitwert vs Elastizität
- mechanische Stabilität und visko-elastisches Verhalten,
- phoretischer Transport
Empfohlene Literatur:
R. Piazza, Soft Matter, Springer
M. Doi, Soft Matter Physics, Oxford University Press
H. G. Elias, Makromoleküle (Vol. 2: Physikalische Strukturen und Eigenschaften), Wiley VCH.
R. A. Jones, Soft Condensed Matter, Oxford University Press
Zusätzliche Informationen:
Sollten jegliche Fragen vorweg auftreten, können Sie sich jederzeit an uns wenden (palberg@uni-mainz.de; vollmerd@mpip-mainz.mpg.de)
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