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33rd IFF Spring School

Soft Matter -- Complex Materials on Mesoscopic Scales

March 2002 . Jülich . Germany

 

 

In den letzten Jahren hat sich aus der Forschung auf den traditionellen Gebieten von Polymeren, biologischen Makromolekülen, Kolloiden, Amphiphilen Systemen und Membranen, sowie von Flüssigkristallen ein neues Forschungsgebiet entwickelt, die "Weiche Materie". Unter diesem Begriff werden alle Materialien zusammengefasst, die auf typischen Längenskalen im Bereich von Nanometer bis Mikrometer strukturiert sind. Die Wechselwirkung innerhalb der strukturellen Einheiten ist relativ stark, die Wechselwirkung zwischen ihnen aber ist schwach. Deshalb können diese Materialien unter dem Einfluß äußerer Kräfte leichtdeformiert werden - sie sind weich". Als einige Beispiele seien hier Tinte, Milch, Blut, Waschmittel, Kunststoffe, Klebstoffe und DNA genannt.

Das Zusammenwachsen der verschiedenen, vorher disjunkten Teilgebiete der weichen Materie erwächst zum einen aus der Erkenntnis gemeinsamer Mechanismen bei der Struktur und den Eigenschaften dieser Systeme, zum anderen durch die Verbindung verschiedener Komponenten in einem Material. Als Beispiel sei eine Polymer-Kolloid-Mischung wie Tinte genannt. Biologische Zellen sind eine Paradebeispiel für das Zusammenwirken einer großen Zahl verschiedener Komponenten,

Wesentliche Aspekte der Weichen Materie sind die Selbst-Organisation elementarer Einheiten zu einem komplexen Ganzen, das kooperative Zusammenspiel einer großen Zahl von Freiheitsgraden und die wichtige Rolle thermischer Fluktuationen. Die experimentelle und theoretische Untersuchung und das Verständnis der Eigenschaften dieser Materialien ist wegen des hohen Komplexitätsgrades, der großen Zahl kooperativer Freiheitsgrade und des großen Bereichs relevanter Größen-, Zeit- und Energieskalen eine besondere Herausforderung.

Bei der Erforschung der Weichen Materie arbeiten viele Disziplinen Hand in Hand. Hierzu gehört die Chemie, die mit der Bereitstellung immer komplexerer Moleküle den Baukasten für immer neue Materialien schafft. Die Physik untersucht die Eigenschaften und versucht, ein detailiertes Verständnis des Zusammenhangs zwischen molekularen Bausteinen und ihren Wechselwirkungen mit den makroskopischen Eigenschaften zu erzielen. Die untersuchten Fragestellungen reichen bis in die Zell- und Molekularbiobgie und der Pharmazie Auf der Anwendungsseite steht auch die Materialforschung, die an maßgeschneiderten Eigenschaften von Werkstoffen interessiert ist.

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The topics of the lectures cover:

  • Supramolekulare Strukturbildung und Phasenverhalten
  • Thermische Fluktuationen und entropische Wechselwirkungen
  • Dynamik nahe und fern des thermischen Gleichgewichts
  • Biomembranen und Biopolymere
  • Experimentelle und numerische Methoden
  • Synthese und industrielle Anwendungen

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