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Conformations of single polymer chains on surfaces

By Christof Ecker

Abstract

In dieser Arbeit wurden auf Substratoberflächen adsorbierte Polymermoleküle mit Rasterkraftmikroskopie (RKM) untersucht. Dabei war die Form der Moleküle (Konformation) von besonderem Interesse. Sie ist von zentralerer Bedeutung in der Polymerphysik und wird üblicherweise in Lösung und mit Streumethoden untersucht. Polymerkonformationen auf Oberflächen sind heutzutage noch wenig untersucht. Üblicherweise wird das Verhalten nach dem so genannten Wormlike-Chain Modell angenommen. Es basiert auf der Annahme, dass die Kettenbiegung nur aus thermischen Fluktuationen resultiert, so dass sich die Kettenform durch statistische Mechanik beschreiben lässt. Es wurden für verschiedene Modellsystem einzelne Moleküle hochaufgelöst abgebildet und die Konformation aus den Bildern bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass die idealisierte Vorstellung des Wormlike-Chain Modells tatsächlich nur für wenige der untersuchten Systeme erfüllt ist. Abweichende Konformationen sind oft auffallend regelmäßig: entweder sinusartig mäandrierte oder spiralförmig gedrehte. Beide Charakteristika lassen sich aus dem Prozess der Adsorption erklären, was zeigt, dass die Moleküle auf dem Substrat immobil sind, so dass eine thermische Relaxation der Konformation verhindert ist. Konformtionen lassen sich mit RKM nicht nur beobachten, sondern auch gezielt verändern (Nanomanipulation). Für dendronisierte Polymere konnte so gezeigt werden, dass es einen glasartigen Zustand für das einzelne Molekül gibt. In diesem Zustand verhält sich das Molekül nicht mehr wie eine bewegliche Kette, sondern formstabil, ähnlich einem makroskopischen festen Körper.In this work single polymer molecules adsorbed onto substrate surfaces were investigated by scanning force microscopy (SFM). The focus was on the shape (conformation) of the molecules, which is of central importance in polymer physics. It is commonly investigated in solutions and with scattering methods. Conformations on surfaces are only little investigated thus far. Often a behavior according to the so-called worm-like chain model is assumed. It is based on the assumption that chain bending results entirely from thermal fluctuations so that the overall chain shape can be described by statistical mechanics. For several model systems single molecules were imaged and the conformation was determined from the images. It was found that the idealistic wormlike chain behavior is only valid for a few systems. Deviations are often remarkable regular: either sine-like undulated or spiral wound. Both characteristics can be explained from the process of adsorption, indicating that molecules are immobile on the substrate so that thermal relaxation is inhibited. Conformations can not only be imaged using the SFM, but also changed in a defined way (nanomanipulation). Manipulation experiments with dendronized polymers the existence of a glassy state for the single polymer. In this state the molecule no longer behaves as a flexible chain but remains its shape, similar to a macroscopic solid body

Topics: Rasterkraftmikroskopie, Einzelmolekül, Polymerkonformation, Manipulation, scanning force microscopy, single molecules, polymer conformation, manipulation, 530 Physik, 29 Physik, Astronomie, ddc:530
Publisher: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2005
OAI identifier: oai:edoc.hu-berlin.de:18452/15976
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