Struktur und Dynamik in amorphen Festkörpern studiert mit Hilfe von kernmagnetischer Resonanzspektroskopie und molekulardynamischen Simulationen

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Molekulare Dynamik findet bei vielen Prozessen in der Natur und Technologie in räumlich stark eingeschränkten Geometrien statt. Dabei führen vielfältige Wechselwirkungen zwischen den GastTeilchen und der Matrix zu einem komplexeren dynamischen Verhalten. Es ist daher erforderlich, das Wechselspiel von Struktur und Dynamik auf mikroskopischer Ebene zu untersuchen, um so ein grundlegendes Verständnis zu erlangen und ein gezieltes Design neuer Materialien zu ermöglichen. Hierfür besonders geeignet sind die kernmagnetische Resonanzspektroskopie und - nicht zuletzt infolge der rasanten Entwicklung der Computertechnologie - molekulardynamische Simulationen. Hier wird das Potential beider Methoden durch einen kombinierten Einsatz, z. B. durch einen direkten Vergleich von Resultaten aus Experimenten und Simulationen, weiter erhöht. Auf diese Weise kann im Detail studiert werden, welche Faktoren den Transport von Materie in verschiedenen Matrizen beeinflussen. Das Spektrum der betrachteten Systeme reicht von Festkörper- und Polymerelektrolyten, wie sie in Batterien und Brennstoffzellen eingesetzt werden, bis zu Polymer-Weichmacher-Systemen, die für die Kunststoffherstellung von Bedeutung sind. Zudem wird die Dynamik von Wasser untersucht, wenn sich die Flüssigkeit, wie in biologischen oder geologischen Systemen, in Geometrien von der Größe weniger Nanometer befindet.