Deviations from chain ideality : are they detectable in simulations and neutron scattering of polyisobutylene ?

par Julia Zabel

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Joachim Wittmer.

Soutenue le 17-05-2013

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg) , en partenariat avec Institut Charles Sadron (Strasbourg) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Michel Rawiso.

Les rapporteurs étaient Jean-Paul Ryckaert, Christiane Alba-Simionesco.

  • Titre traduit

    Facteur de form des fondus de polymères : modélisation numérique du poly(isobutylène) pour la comparaison avec des expériences de diffusion de neutrons


  • Résumé

    Selon l’hypothèse d’idéalité de Flory, les chaînes de polymères flexibles à l’état fondu se présentent sous la forme de marches aléatoires à trois dimensions, aussi appelées pelotes gaussiennes. Cette hypothèse suppose que toute information relative à la conformation locale subit une décroissance exponentielle le long de la chaîne principale et, par conséquent, n’a aucune influence sur la conformation à grande échelle. De plus, il est avancé que l’écrantage du volume exclu par les chaînes voisines compense tout effet de gonflement. Des expériences de diffusion neutronique (DN) effectuées il y a une trentaine d’années confirment que les polymères adoptent bien des configurations gaussiennes. S’ensuit l’un des piliers de la théorie des polymères : En solution ”suffisamment dense” tout polymère flexible peut être décrit comme une marche aléatoire à trois dimensions, indépendamment de sa structure chimique, et ce, après un rééchelonnage adéquat. Les progrès réalisés dans les domaines des techniques de simulation et de la puissance informatique ont rendu possible l’étude de chaînes très longues. Ceci a permis d’observer de plus près la structure des chaînes de polymère à l’état fondu et révélé une déviation par rapport à la chaîne idéale. Jusqu’à présent, la déviation par rapport à la structure gaussienne a uniquement été étudiée dans le cas de modèles à gros grains, par simulation et calcul analytique. La présente thèse cherche à vérifier si ces déviations peuvent également être mesurées à l’aide de simulations atomistiques réalistes et d’expériences de DN modernes.


  • Résumé

    The Flory ideality hypothesis states that flexible polymer chains in a melt assume the shape of three-dimensional random walks leading to so called Gaussian coils. The basis of this hypothesis is that any local conformational information decays exponentially along the chain backbone and thus has no influence on the long range conformation. Additionally it is argued that the excluded volume shielding of neigbor chains cancels out any swelling effects. Neutron scattering (NS) experiments dating back 30 years confirm the postulated Gaussian coil shape of polymers. This leads to a pillar of polymer theory: Any flexible polymer can be described as a three-dimensional random walk. Advances in simulation technics and computing power have opened the door to the possibility of studing very long chains. This allowed for a closer look at the chain structure of polymer melts and revealed deviations from ideality. This deviation is very slight and thus great care must be taken to distinguish it from noise. So far the deviation from the Gaussian coil structure was only studied for coarse-grained models. The scope of this thesis is to explore if these deviations are also measurable in atomistically realistic simulations and modern day NS experiments.


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