285442 Physik makromolekularer Werkstoffe (V) (WiSe 2025/2026)

Makromolekulare Werkstoffe sind technisch angewendete Feststoffe, die aus kovalent gebundenen, sich wiederholenden Grundbausteinen aufgebaut sind. Sie begegnen uns im alltäglichen Leben überall und sind auch aus keinem Forschungsbereich der Naturwissenschaften wegzudenken. Zu den wichtigsten Vertretern gehören die Polymere, zu denen sowohl synthetische Kunststoffe (wie Polyethylen oder Polyamid) wie auch natürliche Biopolymere (wie Cellulose oder Lignin) zählen, aber auch verschiedene Kohlenstoff-Allotrope (wie Diamant, Graphit oder Graphen) oder Silikate (wie Gläser oder Keramiken). Makromoleküle bilden eine sehr vielfältige und scheinbar heterogene Materialklasse, deren Eigenschaften jedoch auf gemeinsamen physikalischen Phänomenen basieren.
Die Vorlesung versucht anhand vieler praxisorientierter Beispiele ein intuitives, visuelles Verständnis für den Zusammenhang zwischen molekularer Struktur und emergenten Materialeigenschaften zu vermitteln. Ziel ist es, durch ein Verständnis der (intra- und inter-)molekularen Wechselwirkungen von der abstrakten Darstellung einer Strukturformel zu einer fundierten Einschätzung der thermischen, elektrischen, mechanischen und optischen Eigenschaften zu gelangen. Die Schwerpunkte der Vorlesung sind (a) Aufbau und Eigenschaften von Makromolekülen (Molekularorbitaltheorie, intermolekulare Wechselwirkungen und Bändermodell), (b) Festkörperphysik der Makromoleküle (Kohäsion, Phasenübergänge, Entropie und Diffusion) und (c) Grenzflächenphänomene (Adsorption, Adhäsion, Oberflächenenergie und Benetzung).
Alle Vorlesungsinhalte sind übersichtlich strukturiert und graphisch ansprechend aufbereitet, um die Konzepte möglichst intuitiv zugänglich zu machen. Die Vorlesung wird von einer PowerPoint-Präsentation mit mehr als 350 interaktiven Folien begleitet, die auch als Skript dient. Alle Folien sind selbsterklärend, konsistent und farbcodiert nach Prüfungsrelevanz. Sie enthalten bereits prägnante Zusammenfassungen der wichtigsten Inhalte und eine Vielzahl an Animationen, Lehrvideos, Literaturverweisen und Übungsaufgaben. Das Seminar ist in Form eines interaktiven Quiz in die Vorlesung eingebunden.

Vorschau der Vorlesungspräsentation mit Beispielfolien aus jedem Vorlesungskapitel: https://hsbi.sciebo.de/s/R6EX44wMo6RRnq8

Bibliography

Van Krevelen, D. W., & Te Nijenhuis, K. (2009). Properties of polymers: their correlation with chemical structure; their numerical estimation and prediction from additive group contributions. Elsevier.
Crank, J. (1979). The mathematics of diffusion. Oxford university press.