Difference between revisions of "Theses"
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Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil. | Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil. | ||
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| + | === Wechselwirkung von DNA und MoS2 / Interaction of DNA with MoS2 === | ||
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| − | Die folgenden Themen von Bachelorarbeiten sind momentan am ICP zu vergeben. Wer gerne in unserem Bereich eine Bachelorarbeit schreiben möchte aber bei den folgenden Themen kein geeignetes Thema finden kann, der kann Kontakt mit [[Christian Holm]], [[ | + | Die folgenden Themen von Bachelorarbeiten sind momentan am ICP zu vergeben. Wer gerne in unserem Bereich eine Bachelorarbeit schreiben möchte aber bei den folgenden Themen kein geeignetes Thema finden kann, der kann Kontakt mit [[Christian Holm]], [[Rudolf Hilfer]], [[Maria Fyta]], oder [[Jens Smiatek]] aufnehmen und nach weiteren Themen fragen. |
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil. | Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil. | ||
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| − | + | Hydrogels are highly absorbent and responsive polymeric networks with multiple applications, e.g. in hygiene products, medicine, desalination and for cell cultures. | |
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| − | + | The goal of this project is to establish the relation between heterogeneities and network defects and NMR relaxation times in polyelectrolyte hydrogels. | |
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| + | Schwache Polyelektrolyte sind Kettenmoleküle, die aus ionisierbaren Säure- und/oder Base-Gruppen bestehen. | ||
| + | Durch ein Wechselspiel entropischer und energetischer Effekte ergibt sich für diese Systeme ein Titrationsverhalten, das stark von dem isolierter Säure- oder Base-Moleküle abweicht. | ||
| + | Mithilfe von Computersimulationen kann das Titrationsverhalten schwacher Polyelektrolyte theoretisch untersucht werden, hierzu sind sowohl Methoden zum Sampling verschiedener Polymer-Konformationen (z.B. Molekulardynamik) als auch verschiedener Ionisationszustände (Monte-Carlo Methoden für chemische Reaktionen) notwendig. | ||
| + | In dieser Bachelorarbeit soll für verschiedene Monte-Carlo Methoden systematisch untersucht werden, welches Verhältnis von MD-Schritten und Reaktions-Schritten zu optimalem Sampling und damit geringstmöglichen Simulationszeiten führt. | ||
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| − | + | === Electrophorese von Polyelektrolyten mittels eines elektrokinetischen Lösers auf Basis des Gitter-Boltzmann Algorithmus (LB) === | |
| − | + | Beim Transport von geladenen Polymer wie z.B. [[wd:Desoxyribonukleinsäure|DNS]] spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine große Rolle. In diesem Projekt soll die sogenannte elektrophoretische Mobilität von Polyelektrolyten wie eventuell auch Kolloiden mit [[wd:Molekulardynamik|molekulardynamischen Simulationen]] unter Benutzung eines Gitteralgorithmus auf der Basis der Gitter-Boltzmann Methode untersucht werden, um so die wissenschaftliche Grundlage für ein genaues Verständnis dieses Prozesses zu legen. Das zugrundeliegende Softwarepaket wird {{ES}} und eventuell waLBerla sein. | |
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| + | Dipolare Flüssigkeiten können sowohl aus magnetischen Dipolen wie auch aus elektrischen Dipolen bestehen. Im ersten Fall spricht man von magnetischen Flüssigkeiten (Ferrofluide), im letzteren kann es sich auch um einfaches Wasser handeln. Dipolare Systeme haben eine anisotrope Wechselwirkung und ein komplizierteres Phasenverhalten als zum Beispiel ein System aus harten Kugeln. Ziel des Projektes ist es, das Phasendiagramm eines solchen Systems zu reproduzieren, und die sogenannte Ferroelektrische Phase zu quantifizieren. Die benötigten Algorithmen sind im Programmpaket {{ES}} implementiert, was auch benutzt werden soll. | ||
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| + | === Elastische Eigenschaften von nicht idealen Nanostrukturen === | ||
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| + | === Vorhersage der Gleichgewichtsaufquellung eines Hydrogels in multivalenten Salzlösungen === | ||
| − | + | Hydrogele sind Polymernetzwerke deren Volumen in Salzlösung enorm zunehmen kann. Das Schwellverhalten kann durch einige äußere Parameter beeinflusst werden. Dazu gehören der pH-Wert, Temperatur, Zusammensetzung der Salzlösung, Licht oder elektrische Felder. In dieser Bachelorarbeit soll das Schwellverhalten eines vergröberten Hydrogelmodells mit Hilfe von {{es}} untersucht werden. | |
| − | Ansprechpartner: [[ | + | Ansprechpartner: [[Christian Holm ]] oder [[Jonas Landsgesell]] |
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| + | Die Boltzmanngleichung gilt auf mesoskopischen Skalen Skalen und beschreibt Wahrscheinlichkeitsverteilungen, während die Navier-Stokes-Gleichungen Impuls- und Massenflüsse betrachten. Die Äquivalenz der beiden Herangehensweisen wird durch eine [[w:Chapman–Enskog_theory|Chapman-Enskog-Expansion]] (CE) gezeigt. | ||
| − | + | Es gibt unterschiedliche Wege, Kräfte in einer LB-Methode zu berücksichtigen, aber bislang keinen gründlichen Vergleich zwischen ihnen im Rahmen einer CE. Es gibt ein in Python geschriebenes Tool namens [http://pycodegen.pages.walberla.net/lbmpy/ lbmpy], das ein Computeralgebrasystem nutzt, um automatisch CEs für LBs berechnen. Dieses kann jedoch [https://i10git.cs.fau.de/pycodegen/lbmpy/-/issues/12 bislang] keine Kräfte berücksichtigen. | |
| − | + | Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll die CE für LB-Kräfte aufgestellt werden. Dies ist eine primär theoretische Aufgabe, da hierzu die in der Literatur gefundenen Herangehensweisen zusammengefasst und verallgemeinert werden sollen. | |
| + | Anschließend wird die CE in lbmpy implementiert und auf verschiedene Kraftterme angewendet, um deren Genauigkeit und Stabilität zu bestimmen. | ||
| − | + | Ansprechpartner: [[Michael Kuron]], [[Rudolf Weeber]] | |
| − | + | Weitere Literatur: <bibentry>krueger17a,schiller08a,bauer20b-pre</bibentry> | |
Revision as of 19:31, 14 December 2021
If you are looking for topics for a PhD thesis, have a look at Open Positions.
Masterarbeiten 
Masterarbeiten können bei uns in den Bereichen Statistische Physik, Theorie und Simulation poröser Medien, Fraktionale Infinitesimalrechnung Simulation und Theorie weicher Materie durchgeführt werden.
Dies umfasst insbesondere Nukleation, Ferrofluide, Hydrogele sowie Polymere und Biomoleküle. Desweiteren kann sich eine Arbeit aber auch stärker an der Entwicklung von Methoden, Algorithmen und der Simulationssoftware ESPResSo orientieren.
Wer Interesse daran hat, eine Masterarbeit am ICP zu schreiben, der kann Rudolf Hilfer, Christian Holm, Maria Fyta, oder Jens Smiatek kontaktieren, um einen Überblick über die möglichen Themen zu bekommen. Bei Interesse an einem bestimmten der im folgenden genannten Themen kann er direkt einen der unten genannten Ansprechpartner kontaktieren.
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.
Simulationen zur Leitfähigkeit von Polymerelektrolyten
Ansprechpartner: Christian Holm
Simulationen zur Meerwasserentsalzung mittels Hydrogelen
Ansprechpartner: Christian Holm
Theorien und numerische Methoden für poröse Medien
Ansprechpartner: Rudolf Hilfer
Fraktionale Ableitungen und dielektrische Relaxation
Ansprechpartner: Rudolf Hilfer
Systemgrößenskalierung und Simulation von Phasenübergängen
Ansprechpartner: Rudolf Hilfer
Magnetische Gele
Ansprechpartner: Rudolf Weeber,Christian Holm
Ionische Flüssigkeiten
- Coarse-grained Modelle für ionische Flüssigkeiten, Ansprechpartner: Christian Holm
Mikrostrukturbildung und Phasenverhalten von kolloidalen Janus-Teilchen
Ansprechpartner: Christian Holm
Implementierung, Verbesserung und Anwendung moderner Simulationsalgorithmen in der Software ESPResSo
Ansprechpartner: Florian Weik
Mehrphasenströmungen in porösen Medien
Ansprechpartner: Rudolf Hilfer
Dreidimensionale Bildverarbeitung
Ansprechpartner: Rudolf Hilfer
Biofunktionalisierte Kohlenstoff Nanostrukturen / Biofunctionalized carbon nanostructures
Ansprechpartner: Maria Fyta
Wechselwirkung von DNA und MoS2 / Interaction of DNA with MoS2
Ansprechpartner: Maria Fyta
Dehnungseffekte auf Kohlenstoff Strukturen / Influence of strain on defective carbon nanostructures
Ansprechpartner: Maria Fyta
Bachelorarbeiten
Die folgenden Themen von Bachelorarbeiten sind momentan am ICP zu vergeben. Wer gerne in unserem Bereich eine Bachelorarbeit schreiben möchte aber bei den folgenden Themen kein geeignetes Thema finden kann, der kann Kontakt mit Christian Holm, Rudolf Hilfer, Maria Fyta, oder Jens Smiatek aufnehmen und nach weiteren Themen fragen.
Interessierte Studierende sollten über Grundlagen der statistischen Physik/Thermodynamik, des Umgangs mit UNIX-Systemen und der Programmierung in einer Skript- oder Programmiersprache verfügen. Grundlegende Kenntnisse von Simulationstechniken oder Numerik sind von Vorteil.
NMR Relaxation Times for Hydrogels from Coarse-Grained Simulations
Hydrogels are highly absorbent and responsive polymeric networks with multiple applications, e.g. in hygiene products, medicine, desalination and for cell cultures. Coarse-Grained simulations can be used to simulate the swelling behaviour of these systems and furthermore obtain information not accessible with experiments. The goal of this project is to establish the relation between heterogeneities and network defects and NMR relaxation times in polyelectrolyte hydrogels. Because NMR relaxation times are directly accessible in experiments, these simulations will help us to make sense of recent (and ongoing) experimental results.
Contact: David Beyer, Mariano Brito, Simon Gravelle or Christian Holm
Optimierung der Reaktions-Häufigkeit in Simulationen schwacher Polyelektrolyte
Schwache Polyelektrolyte sind Kettenmoleküle, die aus ionisierbaren Säure- und/oder Base-Gruppen bestehen. Durch ein Wechselspiel entropischer und energetischer Effekte ergibt sich für diese Systeme ein Titrationsverhalten, das stark von dem isolierter Säure- oder Base-Moleküle abweicht. Mithilfe von Computersimulationen kann das Titrationsverhalten schwacher Polyelektrolyte theoretisch untersucht werden, hierzu sind sowohl Methoden zum Sampling verschiedener Polymer-Konformationen (z.B. Molekulardynamik) als auch verschiedener Ionisationszustände (Monte-Carlo Methoden für chemische Reaktionen) notwendig. In dieser Bachelorarbeit soll für verschiedene Monte-Carlo Methoden systematisch untersucht werden, welches Verhältnis von MD-Schritten und Reaktions-Schritten zu optimalem Sampling und damit geringstmöglichen Simulationszeiten führt.
Ansprechpartner: David Beyer oder Christian Holm
Electrophorese von Polyelektrolyten mittels eines elektrokinetischen Lösers auf Basis des Gitter-Boltzmann Algorithmus (LB)
Beim Transport von geladenen Polymer wie z.B. DNS spielen elektrostatische Wechselwirkungen eine große Rolle. In diesem Projekt soll die sogenannte elektrophoretische Mobilität von Polyelektrolyten wie eventuell auch Kolloiden mit molekulardynamischen Simulationen unter Benutzung eines Gitteralgorithmus auf der Basis der Gitter-Boltzmann Methode untersucht werden, um so die wissenschaftliche Grundlage für ein genaues Verständnis dieses Prozesses zu legen. Das zugrundeliegende Softwarepaket wird ESPResSo und eventuell waLBerla sein.
Ansprechpartner: Christian Holm oder Florian Weik
Phasenverhalten von dipolaren Flüssigkeiten
Dipolare Flüssigkeiten können sowohl aus magnetischen Dipolen wie auch aus elektrischen Dipolen bestehen. Im ersten Fall spricht man von magnetischen Flüssigkeiten (Ferrofluide), im letzteren kann es sich auch um einfaches Wasser handeln. Dipolare Systeme haben eine anisotrope Wechselwirkung und ein komplizierteres Phasenverhalten als zum Beispiel ein System aus harten Kugeln. Ziel des Projektes ist es, das Phasendiagramm eines solchen Systems zu reproduzieren, und die sogenannte Ferroelektrische Phase zu quantifizieren. Die benötigten Algorithmen sind im Programmpaket ESPResSo implementiert, was auch benutzt werden soll.
Ansprechpartner: Rudolf Weeber oder Christian Holm
Biofunktionalisierte Kohlenstoff Nanostrukturen
Ansprechpartner: Maria Fyta oder Bibek Adhikari
Funktionalisierung/Dotierung von ultradünne MoS2 Schichten
Ansprechpartner: Maria Fyta oder Ganesh Sivaraman
Vorhersage der Gleichgewichtsaufquellung eines Hydrogels in multivalenten Salzlösungen
Hydrogele sind Polymernetzwerke deren Volumen in Salzlösung enorm zunehmen kann. Das Schwellverhalten kann durch einige äußere Parameter beeinflusst werden. Dazu gehören der pH-Wert, Temperatur, Zusammensetzung der Salzlösung, Licht oder elektrische Felder. In dieser Bachelorarbeit soll das Schwellverhalten eines vergröberten Hydrogelmodells mit Hilfe von ESPResSo untersucht werden.
Ansprechpartner: Christian Holm oder Jonas Landsgesell
Untersuchung zur Entfaltung spezieller DNA Strukturen
Ansprechpartner: Jens Smiatek oder Ewa Anna Oprzeska-Zingrebe
Simulation von Puffer-Lösungen
Ansprechpartner: Jens Smiatek oder Julian Michalowsky
Chapman-Enskog-Analyse von Lattice-Boltzmann-Krafttermen
Die Lattice-Boltzmann-Methode (LB) ist ein effizientes numerisches Verfahren, um die Navier-Stokes-Gleichungen auf einem Gitter zu lösen und so Strömungsfelder zu bestimmen. Da Soft Matter oft in wässriger Lösung vorzufinden ist, benutzen die meisten unserer Simulationen dieses Verfahren. Die Boltzmanngleichung gilt auf mesoskopischen Skalen Skalen und beschreibt Wahrscheinlichkeitsverteilungen, während die Navier-Stokes-Gleichungen Impuls- und Massenflüsse betrachten. Die Äquivalenz der beiden Herangehensweisen wird durch eine Chapman-Enskog-Expansion (CE) gezeigt.
Es gibt unterschiedliche Wege, Kräfte in einer LB-Methode zu berücksichtigen, aber bislang keinen gründlichen Vergleich zwischen ihnen im Rahmen einer CE. Es gibt ein in Python geschriebenes Tool namens lbmpy, das ein Computeralgebrasystem nutzt, um automatisch CEs für LBs berechnen. Dieses kann jedoch bislang keine Kräfte berücksichtigen.
Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll die CE für LB-Kräfte aufgestellt werden. Dies ist eine primär theoretische Aufgabe, da hierzu die in der Literatur gefundenen Herangehensweisen zusammengefasst und verallgemeinert werden sollen. Anschließend wird die CE in lbmpy implementiert und auf verschiedene Kraftterme angewendet, um deren Genauigkeit und Stabilität zu bestimmen.
Ansprechpartner: Michael Kuron, Rudolf Weeber
Weitere Literatur: