Self-organization Processes (SOP)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Self-organization Processes)

Lehrveranstaltungen:

• • Self-organization Processes
    (Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Michael Engel et al., Mi, 8:15 - 9:45, H14; The first lecture will take place on Wednesday, April 27, 2022)
  • Self-organization Processes (Exercise)
    (Übung, 3 SWS, Michael Engel et al.)

Inhalt:

Structure formation with elementary building blocks in molecular, particulate, soft, and biological systems. Theoretical aspects, experimental realizations, and applications are discussed.
1. Theory 1 (introduction): the idea of building blocks, thermodynamic principles
2. Theory 2 (continuum): spinodal decomposition, reaction diffusion, phase field model, feedback
3. Theory 3 (particles): entropy maximization, interface minimization
4. Molecules 1 (basics): molecular interactions, role of shape
5. Molecules 2 (liquid crystals): topological order, defects
6. Molecules 3 (interfaces): surfactants, micelles, emulsions, foams, vesicles
7. Molecules 4 (beyond): block copolymers, membranes, proteins, metal organic frameworks
8. Colloids 1 (isotropic particles): interaction forces, depletion, hydrophobic(-philic)
9. Colloids 2 (directed assembly): diffusion-limited aggregation, printing, coffee stain effect
10. Colloids 3 (anisotropic particles): nanoparticles, patchy particles, ligands, directionality
11. Colloids 4 (properties): surface functionalization, plasmonics, filtration, catalysis, mechanical
12. Bioinspired 1 (dynamic self-assembly): active matter, bacteria, swarms, robots
13. Bioinspired 2 (design): programmable assembly, DNA nanotechnology, inverse problems

Lernziele und Kompetenzen:

The students
• describe complex self-organization processes with the help of simple model systems
• apply this knowledge to physical, chemical, and bioinspired systems
• develop an advanced understanding of the self-organization of (macro)molecules and colloids
• understand processes to direct and influence self-organization processes
• judge the relevance of self-organization for the processing and synthesis of materials
• gain insight into current research in the field of the lecture

Literatur:

[1] Ian W. Hamley, “Introduction to Soft Matter: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials”, Wiley, 2007.
[2] Yoon S. Lee, „Self-Assembly and Nanotechnology Systems”, Wiley, 2011.
[3] Scott Camazine, Jean-Louis Deneubourg, Nigel R. Franks, „Self-Organization in Biological Systems“, Princeton University Press, 2003.
[4] John A. Pelesko, „Self Assembly: The Science of Things That Put Themselves Together“, Chapman and Hall/CRC, 2007.
[5] Jacob N. Israelachvili, „Intermolecular and Surface Forces”, Academic Press, 2011.

Bemerkung:

Unterrichtssprache: Englisch

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung B | Vertiefungsmodulgruppe Chemische Reaktionstechnik | Wahlpflichtmodule Chemische Reaktionstechnik | Self-organisation processes)
2. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung B | Vertiefungsmodulgruppe Mechanische Verfahrenstechnik | Wahlpflichtmodule Mechanische Verfahrenstechnik | Self-organisation processes)
3. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung C | Vertiefungsmodulgruppe Chemische Reaktionstechnik | Wahlpflichtmodule Chemische Reaktionstechnik | Self-organisation processes)
4. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung C | Vertiefungsmodulgruppe Mechanische Verfahrenstechnik | Wahlpflichtmodule Mechanische Verfahrenstechnik | Self-organisation processes)
5. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung C | Vertiefungsmodulgruppe Simulation granularer und molekularer Systeme | Wahlpflichtmodule Simulation granularer und molekularer Systeme | Self-organisation processes)
6. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung D | Vertiefungsmodulgruppe Chemische Reaktionstechnik | Wahlpflichtmodule Chemische Reaktionstechnik | Self-organisation processes)
7. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung D | Vertiefungsmodulgruppe Mechanische Verfahrenstechnik | Wahlpflichtmodule Mechanische Verfahrenstechnik | Self-organisation processes)
8. Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemical Engineering - Nachhaltige Chemische Technologien (Master of Science) | Gesamtkonto | Vertiefung D | Vertiefungsmodulgruppe Simulation granularer und molekularer Systeme | Wahlpflichtmodule Simulation granularer und molekularer Systeme | Self-organisation processes)
9. Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science)
   (Po-Vers. 2008 | TechFak | Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science) | 1.-3. Wahlpflichtmodul (ohne Praktikum) | 1.-3. Wahlpflichtmodul | Self-organisation processes)
10. Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science)
    (Po-Vers. 2015w | TechFak | Chemie- und Bioingenieurwesen (Master of Science) | Gesamtkonto | 1.-2. Wahlpflichtmodul (ohne Praktikum) | Self-organisation processes)
11. Clean Energy Processes (Master of Science)
    (Po-Vers. 2021w | Gesamtkonto | Specialisation Energy technologies | Compulsory elective module 1-3 | Self-organisation processes)
12. Life Science Engineering (Master of Science)
    (Po-Vers. 2015w | TechFak | Life Science Engineering (Master of Science) | Gesamtkonto | Self-organisation processes)
13. Life Science Engineering (Master of Science)
    (Po-Vers. 2019w | TechFak | Life Science Engineering (Master of Science) | Gesamtkonto | Wahlpflichtmodule | Self-organisation processes)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Self-organization Processes (Prüfungsnummer: 29361)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Prüfungssprache: Englisch

Erstablegung: SS 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Engel/Klupp Taylor/Vogel