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Seife, Lacke, Babywindeln

Ferienkurs 2002 zur "Weichen Materie"

[20. März 2002]

127 Studenten, Diplomanden, Doktoranden und Wissenschaftler aus 44 verschiedenen Instituten hatten sich vom 4. bis 15. März im Forschungszentrum Jülich eingefunden. Zum 33. Mal bot das Institut für Festkörperforschung (IFF) einen Ferienkurs zu einem hochaktuellen wissenschaftlichen Thema an. IFF-Ferienkurs bedeutete auch dieses Jahr wieder zwei Wochen lang Vorträge, Workshops und Besichtigungen - dabei drehte sich alles um die "Weiche Materie".

Jeder kennt sie, jeder nutzt sie: Seife, Lacke, Babywindeln - drei einfache Beispiele für Amphiphile, Kolloide und Polymere. Früher stellte jede dieser Stoffklassen ein Forschungsgebiet für sich da, heute sind alle drei zu einer neuen Forschungsdisziplin verschmolzen, der "Weichen Materie". Die auf den ersten Blick sehr unterschiedlich erscheinenden Materialien haben vor allem eins gemeinsam: Durch äußere Kräfte, wie Druck oder elektrische Felder lassen sie sich leicht verformen, deshalb sind sie "weich". "Research in the field of Soft Matter is an interdisciplinary enterprise" - bei der Erforschung der weichen Materie arbeiten viele Disziplinen Hand in Hand - schreiben Prof. Jan K. G. Dhont, Prof. Gerhard Gompper und Prof. Dieter Richter im Begleitbuch zum Kurs. Die Direktoren dreier IFF-Teilinstitute haben den diesjährigen Ferienkurs zusammen mit Rainer Hölzle organisiert und dazu Physiker, Chemiker undBiologen nach Jülich geladen.

Kolloide, Polymere und Amphiphile bilden die Eckpunkte des "Magischen Dreiecks" der weichen Materie. "Zwischen den typischen Vertretern der einzelnen Klassen verlaufen die Übergänge kontinuierlich", erläutert Gerhard Gompper die Motivation, eine neue Forschungsdisziplin zu etablieren, "wenn ich beispielsweise kugelförmige Kolloide, bildlich gesprochen, immer weiter in die Länge ziehe, gelange ich über verschiedene Zwischenstadien schließlich bei den kettenförmigen Polymeren." Zudem gibt es viele gemischte Systeme, angefangen bei einer einfachen Polymer-Kolloid-Mischung wie Tinte, bis hin zu hochkomplexen biologischen Zellen. Deren Verhalten lässt sich nur durch einen interdisziplinären Ansatz, wie den der weichen Materie, enträtseln.

Das Arsenal an Methoden, um weiche Materie herzustellen, zu untersuchen und ihre Eigenschaften und ihre Dynamik zu verstehen ist riesig, entsprechend breit gefächert war die Palette der Vorträge des Ferienkurses. Alle zusammen genommen boten einen umfassenden Überblick über das hochaktuelle Thema. Immer komplexere weiche Materialien zu "bauen" ist einerseits Sache der Chemiker. Andererseits befassen sich auch Biologen mit weicher Materie, denn zu den Amphiphilen zählen neben Seifen und Tensiden vor allem biologische Membranen. Die Physik liefert die nötigen Theorien, um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen und steuert Untersuchungsmethoden bei.

Alle weichen Materialien weisen Strukturierungen im Nanometer bis Mikrometerbereich auf, das bedeutet die einzelnen strukturellen Einheiten sind zwischen einem Milliardstel und einem Millionstel Meter groß. Zum Vergleich: Ein einzelnes Atom ist um einen Faktor zehn kleiner. Die Einzelbausteine in weicher Materie können also sehr komplex und groß sein. Die Untersuchungsmethoden reichen daher von der Lichtmikroskopie bei größeren Kolloiden und membranumschlossenen Vesikeln, über die Lichtstreuung bis hin zur Neutronenstreuung an verschiedenen Polymeren. Schließlich dürfen auch theoretische Untersuchungen und Computersimulationen nicht fehlen, um das Verhalten und die Eigenschaften "weicher Materie" zu verstehen oder gar vorherzusagen.

Neben den Vorträgen gab es für die Teilnehmer auch in diesem Jahr wieder die Möglichkeit, verschiedene Institute des Forschungszentrums zu besichtigen. Neu war aber das Angebot, die Erkenntnisse aus den einzelnen Vorträgen auch praktisch umzusetzen: Zweistündige Praktika von der Lichtstreuung bis hin zur Computersimulation fanden regen Anklang. Zudem hatten die Teilnehmer erstmals die Möglichkeit, eigene wissenschaftliche Ergebnisse auf einem Poster zu präsentieren. Insgesamt referierten im großen Hörsaal fast 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Jülich, von externen nationalen und internationalen Instituten sowie aus der Industrie vor einem ebenfalls internationalen Publikum aus Frankreich, Österreich, Italien, Polen und Deutschland.

- rdr -

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Die Teilnehmer des 33. Ferienkurses im Forschungszentrum Jülich, ausgerichtet vom Institut für Festkörperforschung.

Foto: Forschungszentrum Jülich


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