Polymere werden beim Strecken durch Knoten abgeschnürt. (2nd December 2015)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Stauch, Tim; Dreuw, Andreas
• Is Part Of: Angewandte Chemie. Volume 128:Number 2(2016)
• Page Start: 822
• Page End: 825
• Publication Date: 2015-12-02
• Subjects: Ab‐initio‐Rechnungen -- Computerchemie -- Dichtefunktionalrechnungen -- Mechanische Eigenschaften -- Polymere; Chemistry -- Periodicals; 540
• DOI: 10.1002/ange.201508706
• Languages: English
• ISSNs: 0044-8249

Abstract

Abstract: Lange Polymerketten liegen stets verknotet vor. Analog zu Seilen werden Polymerketten durch Knoten erheblich geschwächt, und der Bindungsbruch erfolgt immer am Eingang oder Ausgang des Knotens. Ein molekulares Verständnis dieser Phänomene fehlt jedoch. Hier zeigen wir, dass der überwiegende Teil der mechanischen Energie einer verknoteten Polyethylenkette unter Zugspannung in den Torsionen entlang des gekrümmten Teils des Knotens gespeichert wird. Die Torsionen fungieren dabei als "Energietrichter", die die mechanische Energie in direkter Nähe des Knotens lokalisieren. Auf diese Weise "würgt" der Knoten die Kette an seinem Eingang oder Ausgang, was zum Bindungsbruch bei deutlich geringeren Kräften als im Fall einer linearen, knotenfreien Kette führt. Unsere Untersuchungen erklären sowohl die Schwächung der Polymerkette als auch die Position des Bindungsbruchs und zeigen weiterhin, dass kovalente Bindungen nicht übermäßig stark gestreckt werden müssen, um zu reißen. Abstract : Der Knoten platzt : Polymerketten werden durch einen Knoten erheblich geschwächt und reißen an dessen „Eingang"︁ oder „Ausgang"︁, da die Torsionen im gekrümmten Teil der Kette als Energietrichter fungieren und die mechanische Energie lokalisieren. Dadurch schnürt der Knoten die Kette in seiner Nähe ab. Demzufolge müssen Bindungen nicht übermäßig stark gestreckt werden, um in mechanochemischen Experimenten gebrochen zu werden.