Shape and local order in dendritic systems

Abstract

Dendrimere sind verformbare polymerische Moleküle mit einer baumartigen inneren Struktur und gehören zu jener Klasse von Kolloidteilchen, die sich selbst zu supramolekularen Strukturen organisieren. Aufgrund ihrer relativ offenen inneren Struktur kann es bei der Wechselwirkung dieser Makromoleküle zu einem großen Volumenüberlapp kommen. Bei Dendrimersystemen relativ hoher Dichte können Konfigurationen benachbarter Teilchen auftreten, die einer antinematischen Anordnung entsprechen. Dies kann als ein Indikator für eine zugrundeliegende A15 Struktur interpretiert werden. In der vorliegenden Arbeit werden die geometrische Form sowie die relative Orientierung einzelner Makromoleküle in dichten Systemen von Dendrimeren mit Hilfe von Molekulardynamik Simulationen untersucht. Ausgangspunkt ist die Beschreibung amphiphiler Dendrimere auf monomerischem Niveau. Mit Hilfe der Eigenwerte und Eigenvektoren des Gyrationstensors der Moleküle wird die geometrische Form und relative Orientierung der Teilchen charakterisiert. Aus diesen Informationen wird auf die räumliche Anordnung der Makromoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen und Packungsdichten sowie bei geringerer Amphiphilität zurückgeschlossen.

Dendrimers are typical soft matter molecules with a well defined internal tree-like structure, that are characterized by their ability to form considerable particle overlaps in dense systems. In the bulk an antinematic local order has been identified which represents strong indications for the occurrence of an A15 lattice. In this thesis we focus on the characterization of amphiphilic dendrimers in the bulk liquid. We use monomer-resolved molecular dynamic simulations and analyse the shape and relative orientation of these particles via the eigenvalues and eigenvectors of the gyration tensor. With this tool we further examine the short-range spatial and orientational order of these amphiphilic dendrimers at a variety of temperatures and packing fractions. Finally the degree of amphiphilicity of the dendrimers is modified in order to understand the reasons for the preference of the antinematic phase.