Die vorliegende Studie untersucht das Phänomen des Glasüberganges anhand von Molekulardynamiksiumlationen von Polymeren und einer ionischen Flüssigkeit. Zusätzlich erfolgt eine systematische Untersuchung der Veränderungen der Dynamik durch Veränderung der Kettenlänge, ergänzt durch eine Untersuchung der Interpretationskonventionen experimenteller Daten am Beispiel von magnetischer Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR).

Der Glasübergang tritt bei einer Reihe verschiedener Systeme und unter z.B. Abkühlung oder Erhöhung des Drucks auf. Die Beschreibung des Glasübergang erfolgt daher universell für alle Umstände unter denen er auftritt, weshalb das Verständnis gemeinsamer Eigenschaften der Systeme und der Kontrollparameter von großer Bedeutung ist. Die dramatische Verlangsamung der Dynamik unter Abkühlung der ionischen Flüssigkeit und der vier Polymere bei verschiedenen Temperaturen, Drücken und Kettenlängen lässt sich durch Skalierungen verschiedener Kontrollparameter, z.B. Druck, Volumen und Entropie, gut beschreiben. Dabei wird für eine Reihe von Glasbildnern ein Zusammenbruch der Stokes-Einstein Relation gefunden und mit anderen Eigenschaften des Glasübergangs, z.B. örtlich heterogener Dynamik, in Verbindung gebracht. Als Resultat des Zusammenbruchs finden wir den fraktionalen Stokes-Einstein Exponent, welcher eine temperaturunabhängige Charakteristik des Glasübergnag darstellt.

Aus dem Anwachsen von Regionen örtlich heterogener Dynamik wurden die zurzeit vielversprechendsten Theorien zum Glasübergang abgeleitet. Dabei werden vor allem Längenskalen diskutiert, für die es bisher noch keine eindeutige Definition gibt. Neueste Studien ziehen die Beschreibung von Längenskalen in Confinements in Betracht. Hier können Längenskalen beobachtet werden, wenn die Grösse des Confinements und der Regionen vergleichbar werden. Analysen in Confinement Systemen erlauben die Definition dynamischer und statischer Längenskalen, welche zum Test der Adam-Gibbs und Random First Order Transition (RFOT) Theorie herangezogen werden. Dazu untersuchen wir Poly(propylenoxid) (PPO) in einem neutralen Confinement mit vier verschiedenen Geometrien. Es zeigt sich eine gute Beschreibung der Bulk Dynamik des Glasübergangs durch die resultierenden Längenskalen. Diese Resultate und Ergebnisse aus einer vergleichbaren Studie zur Wasserdynamik von F. Klameth [1] deuten dabei auf eine erfolgreiche Beschreibung der Dynamik des Glasübergangs durch die RFOT Theorie hin.

Die experimentelle Messbarkeit von Eigenschaften wie der Diffusion und der Strukturrelaxation ist Grundlage für das Studium des Glasübergangs. In neuesten Studien wurden neue Ansätze zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten und der Strukturrelaxationzeit mit Hilfe von magnetischer Kernspinresonanz-Spektroskopie entwickelt. Diese bieten die Möglichkeit einen großen Zeitbereich sowie Langzeitverhalten zu untersuchen. Deshalb untersuchen wir einige Grundannahmen und Interpretationskonventionen aus Spin-Gitter Relaxationsexperimenten der magnetischen Kerspinresonanz-Spektroskopie aus Sicht von Molekulardynamiksimulationen. Dabei können die Methoden zur Bestimmung des Diffusionskoeffizienten und der Relaxationszeit im wesentlichen verifiziert werden, wobei teilweise der Geltungsbereich neu gefasst wird. Eine detaillierte Analyse unserer Daten erlaubt weiterhin die Bestimmung der Urspünge verschiedener Abweichungen zwischen Theorie, Experiment und Simulation. So können die schnellen Endgruppen eines Polymers und die intermolekularen Beiträge, impliziert durch die Methode, Abweichungen hervorufen. Aus den Simulationsdaten können dann die genauen Beiträge und Auswirkungen aus deren Vernachlässigung quantifiziert und eingeordnet werden.

Die vorliegende Studie ergänzt Bisherige durch neue Einsichten bzgl. Unterschieden und Gemeinsamkeiten verschiedener Glasbildner, Anwendung theoretischer Modelle des Glasübergangs, Anwendung von Confinements zur Untersuchung des Glasübergangs, Verständnis der Observablen in der NMR Methodik und Abweichungen zu vorhergesagten Regimen in der Polymerdynamik.