Structure and dynamics of complex materials in the water-poor regime

Abstract: Kolhydratsystem så som alkylglycosider, cellulosa och cyklodextrin är miljövänliga förnybara material som används inom många områden i dagens samhälle; som bärare av aktiva substanser i läkemedelstabletter, matsmältningsfiber, papper, kosmetika och hygienartiklar för att nämna några. De är fasta substanser uppbyggda av molekyler ordnade i en viss struktur. Med tiden, och eventuell yttre påverkan, som t ex. vattenupptag och temperaturförändringar, så kan dessa material ändra sin uppbyggnad och då få helt andra egenskaper. Små upptag av vatten från atmosfären kan leda till stora ändringar i funtionalitet och hållbarhet. Det är därför viktigt att ha detaljerad kunskap om hur molekylstrukturen påverkar dynamiken och stabiliteten samt funtionaliteten av en substans. Vanligtvis så karakteriserer man denna typ av "torra" system med ljusspridningsteknik (röntgen), gravimetriska tekniker (vägning) och kalorimetri (värmemängdsmätning). Kärnmagnetresonans (NMR) har på senare tid visat sig användbart när man studerar fasta material såväl som halvfasta (flytande kristallina) material. Med denna teknik kan man systematisk undersöka materialegenskaper i form av struktur och dynamik i specifika segment i molekylen som funktion av vattenhalt och temperatur. Det är även viktigt för att optimisera tillverkningsprocessen samt hålla ekonomiska kostnader nere.Polymerer används flitigt i dagens samhälle. Ett av de områdena är inom förnybar energi där man använder dem i bränsleceller. Bränsleceller är som ett batteri. De är uppbyggda av ett elektriskt ledande material som är placerat mellan två elektroder. Till skillnad från batterier så kräver bränsleceller ingen uppladdning eller något byte. De drivs så länge bränsle och oxidationsmedel tillförs (vanligen syre och väte) utifrån till elektroderna. Fördelen för miljön är att bränsleceller inte har någon förbränning. Däremot så är framställningen av bränslet (väte) inte föroreningsfri. Vi undersöker hur transporten av vatten relaterar till strukturen av polymer membranet och dess egenskaper. Eftersom vatten transporten är viktig för en bränslecells funktionalitet så undersöker vi även diffusionen vid olika vattenhalter och temperaturer för att kunna optimera bränslecellens egenskaper.