Les piles à combustibles sont une alternative à l’utilisation de ressources fossiles. Cependant, l’énergie qu’elles produisent reste chère et les procédés de fabrication actuels ne sont pas adaptés à des productions à grande échelle. Une piles de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) essont un système constitué de cinq couches dans lequel la membrane et les deux couches de diffusion peuvent être considértestées comme support d’impression et les deux couches actives peuvent être imprimées par des procédés continus.Ce travail démontrea la pertinence du procédé d’impression appelé flexographiquee dans la fabrication de composants de PEMFC. La flexographieCe procédé offre permet de produire de grandes surfaces de production avec peu de perte de matière fonctionnelle. Malgré la faible imprimabilité des supports choisis, elle permit la fabrication des couches actives aux performances similaires à celles fabriquéesites par procédés conventionnels ont pu être réalisées grâce à la flexogaphie. / In a context of fossil fuel shortage and hydrocarbon emission reduction, fuel cells are a promising solution for energy production. However, the cost of the energy they produce remains too expensive to be competitive and the conventional manufacturing processes used limit the scaling up of the production. The core of Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs) is a stack composed of five constituents, in which the proton exchange membrane and the two gas diffusion layers have potential for being can be considered as used a a printing substrates, and the two catalyst layers can be printed by continuous printing processes.This work demonstrated the relevance of the printing process called flexography for manufacturing fuel cell components. It offers allows larger production with low waste of expensive elements. Despite of the poor printability of the both chosen substrates, the achieved catalyst layers printed by flexography reached similar electrochemical properties than those made by conventional processes.

Les piles à combustibles sont une alternative à l'utilisation de ressources fossiles. Cependant, l'énergie qu'elles produisent reste chère et les procédés de fabrication actuels ne sont pas adaptés à des productions à grande échelle. Une piles de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) essont un système constitué de cinq couches dans lequel la membrane et les deux couches de diffusion peuvent être considértestées comme support d'impression et les deux couches actives peuvent être imprimées par des procédés continus.Ce travail démontrea la pertinence du procédé d'impression appelé flexographiquee dans la fabrication de composants de PEMFC. La flexographieCe procédé offre permet de produire de grandes surfaces de production avec peu de perte de matière fonctionnelle. Malgré la faible imprimabilité des supports choisis, elle permit la fabrication des couches actives aux performances similaires à celles fabriquéesites par procédés conventionnels ont pu être réalisées grâce à la flexogaphie.

Le but de cette thèse était de fabriquer des structures cœur / coquille à base de nanofils d’oxyde de zinc (ZnO) pour des applications en photovoltaïques principalement, et ensuite pour des détecteurs UV. Des réseaux de nanofils de ZnO de dimensions contrôlées ont été synthétisés en utilisant la méthode d’électrodéposition de ZnO (ECD). Nous avons également synthétisé des oursins organisés à base de nanofils de ZnO (U-ZnO NWs) en combinant les méthodes de nanostructuration de surface (auto-assemblage de sphères de polystyrène), dépôt de couche atomique (ALD) et ECD de ZnO. Plusieurs approches concernant le contrôle des dimensions de ces nanofils ont été envisagées. Les diamètres, la densité et la morphologie de ces nanofils ont été ajustés soit en modifiant les diamètres des sphères utilisés soit en modulant les paramètres expérimentaux durant la déposition (ALD et/ou ECD). Des monocouches et des multicouches de U-ZnO NWs de longueur variant de 750 nm jusqu'à 1500 nm ont été obtenus dans une large gamme de diamètre (57-170 nm).Ces matériaux ont été utilisés pour la construction de cellules solaires à colorant (DSSC) à base de réseaux de nanofils et des U-ZnO NWs, recouverts de couches minces d’oxyde de titane (TiO2) par dépôt de couches atomiques (ALD). Des rendements de conversion solaire de ~ 2% ont été atteints, sachant que le ZnO absorbe seulement dans l’UV. Ces matériaux ont été également utilisés pour la construction de cellules solaires de type II formés des U-ZnO NWs recouverts de couches d’oxyde de cuivre (Cu2O) de différentes épaisseurs par ECD. Les effets de la morphologie et des dimensions des nanofils et des U-ZnO NWs sur la diffusion de la lumière et la performance électronique des dispositifs ont été étudiés. Des capteurs d’ultraviolet ont été testés en utilisant les nanofils et les U-ZnO NWs. Une amélioration significative de la performance et de la stabilité en matière de détection UV a été observée en utilisant ces nanostructures de ZnO. Cela est dû à l'augmentation de la surface active offerte par les nanofils et les U-ZnO NWs en comparaison avec la performance obtenue avec les couches minces de ZnO. Finalement, une bioélectrode à base de nanofibres de polyacrylonitrile (PAN) recouverts par une couche d’or a été préparée pour la réduction électrochimique du CO2 en biocarburants utiles. L'électrode de PAN / Or a été préparée en utilisant une méthode de synthèse basée sur l'électrofilage suivi d'une pulvérisation d'Or. Une amélioration significative de l'activité électrochimique et de la stabilité de la bioélectrode a été observée. / The aim of this thesis was to fabricate core / shell structures based on zinc oxide (ZnO) nanowires for photovoltaic applications mainly, and UV sensors as well. ZnO nanowire arrays of controlled size were grown using electrodeposition method (ECD). We also synthesized organized urchins based on ZnO nanowires by combining methods of surface nanostructuring (self-assembly of polystyrene spheres), atomic layer deposition (ALD) and electrodeposition of ZnO (ECD). Several approaches concerning the control of dimensions on these nanowires have been investigated. The diameter, density and morphology of these nanowires were adjusted either by modifying the diameters of spheres or by modulating the experimental parameters during deposition (ALD and / or ECD). Organized monolayers and multilayers of urchins based on ZnO nanowires ranging between 750 -1500 nm in length were obtained in a diameter range between 50-170 nm. The construction of dye solar cells (DSSC) was based on nanowire arrays and organized urchins based on ZnO nanowires coated with thin shells of titanium oxide (TiO2) obtained by atomic layer deposition (ALD). As proof of concept, solar conversion efficiencies of ~ 2% were achieved, bearing in mind that ZnO absorbs only in UV range. These materials have also been used for solar cells construction of type II based on organized urchin-like ZnO nanowires coated with copper oxide (Cu2O) layers of different thicknesses by electrodeposition of Cu2O. The effects of the morphology and the dimension of the organized nanowires and urchin-like ZnO nanowires on light scattering and electronic performance of the devices have been studied. UV sensors were tested using nanowires and urchin-like ZnO nanowires. A significant improvement in the performance and stability in UV detection was observed when using these ZnO nanostructures. This is due to the increase in active area offered by the ZnO nanowires and urchins compared to the performance obtained with ZnO thin films. Finally, a bioelectrode based on polyacrylonitrile nanofibers (PAN) coated with a layer of gold has been prepared for the electrochemical reduction of CO2 into useful biofuels. The PAN/gold electrode was prepared using a homemade synthesis method, based on electrospinning followed by gold sputtering. A significant improvement in the electrochemical activity and the stability of the bioelectrode was observed.

Les biopiles représentent une solution attractive et ambitieuse pour développer des systèmes alternatifs de conversion d'énergie. Ce travail décrit la construction d'une biopile à éthanol/O2 (oxydation de l'éthanol à l'anode et réduction de l'oxygène à la cathode) avec des électrodes tridimensionnelles possédant une surface spécifique élevée. Le point de départ a été la fabrication et l'optimisation de bioélectrodes enzymatiques par immobilisation d'enzymes et de médiateurs sur des nanofibres de polyacrylonitrile, préparées par la méthode d'électrospinning, et recouvertes d'or. Ces bioélectrodes à base de nanofibres (biocathode et bioanode) ont été assemblées pour construire et caractériser une biopile à éthanol/O2 qui a fourni une densité de puissance de 1600 µW/cm2 par la méthode de polarisation et 210 µW/cm2 par imposition de résistances au système. Enfin, nous avons décrit la fabrication de la première biopile miniaturisée à éthanol/oxygène avec des enzymes immobilisées sur électrodes Au en s'appuyant sur les concepts de la microfluidique. La biopile microfluidique la plus performante a délivré 90 µW/cm2. Afin d'augmenter la puissance délivrée par ces systèmes miniaturisés, des résultats préliminaires ont été obtenus sur l'empilement en série ou en parallèle de biopiles fonctionnant avec des enzymes en solution. / Biofuel cells represent an attractive and ambitious option for developing alternative systems of energy conversion. This work describes the construction of an ethanol/O2 biofuel cell (ethanol oxidation at the anode and oxygen reduction oxygen at the cathode) from tridimensional electrodes with high specific surface area. The starting point was the synthesis and the optimization of the enzymatic bioelectrodes on gold electrodes by immobilizing enzymes and mediatorson polyacrylonitrile nanofibers, obtained by electrospinning method, and recovered by gold nanoparticles. The bioelectrodes (bioanode and biocathode) based on nanofibers have been assembled to build and to characterize an ethanol/O2 biofuel cell that has delivered a power density of 1600 µW/cm2 by the polarization method, and 210 µW/cm2 by imposing resistances to the system. Finally, we have described the production of the first miniaturized ethanol/O2 biofuel cell with immobilized enzymes at Au electrodes based on microfluidic concepts. The best microfluidic biofuel cell has delivered 90 µW/cm2. In order to increase the power delivered by these miniaturized systems, preliminary results have been obtained by stacking biofuel cells, working with enzymes in solution, in series or parallel.

Le travail reporté dans ce manuscrit concerne l'élaboration de matériaux conducteurs protoniques et anioniques destinés à une application en tant que membrane ou liants d'électrodes. Tout d'abord, la première approche consiste en la formation de polymères pour la conception de membranes anioniques. Pour cela, 2 types de fonctions amine tertiaire ont été greffés le long de la chaîne des polysulfones, puis transformés en ammonium pour leur donner un caractère conducteur anionique. Les fonctions greffées sont de types diméthylamino et N,N diméthylaminométhyle. Différentes séries de polysulfones ont été élaborées en faisant varier le taux de fonctions amine greffées. Pour les polysulfones comportant les fonctions diméthyalmino, les résultats montrent que la stabilité thermique des fonctions ammonium est trop faible pour les utiliser pour la conception de membranes conductrices anioniques. Pour le deuxième type de fonctions amine, des membranes ayant une conductivité maximum de 40 mS.cm-1 pour un taux d'humidité de 95% et une température de 100°C ont été obtenu. Par ailleurs, pour la conception de liants d'électrodes, la synthèse de polyarylènes éthers fluorés conducteurs anioniques a été effectuée. Là encore, une série de polymères a été réalisée en faisant varier le taux de fonctions amine introduit. Les masses molaires ont été controlées pour permettre aux polymères d'être suffisamment soluble pour la mise en solution. Les valeurs de conductivités sont de l'ordre de 35 mS.cm-1. Enfin, pour la conception de membrane protonique, les polymères synthétisés précédemment avec les fonctions diméthylamino ont été utilisés. Ces polymères ont été par la suite dopés à l'aide d'acide phosphorique et la conductivité des membranes obtenues a été testée en condition anhydre. Les résultats obtenus pour ce genre de matériaux est de 160 mS.cm-1 pour un taux de dopage de 50%. En revanche, pour des forts taux de dopage, la conductivité obtenue était plus forte (260 mS.cm-1) mais les membranes perdaient de leurs propriétés mécaniques alors que pour de faibles taux de dopage (environ 18%), les conductivités obtenues étaient faibles.

Le travail reporté dans ce manuscrit concerne l’élaboration de matériaux conducteurs protoniques et anioniques destinés à une application en tant que membrane ou liants d’électrodes. Tout d’abord, la première approche consiste en la formation de polymères pour la conception de membranes anioniques. Pour cela, 2 types de fonctions amine tertiaire ont été greffés le long de la chaîne des polysulfones, puis transformés en ammonium pour leur donner un caractère conducteur anionique. Les fonctions greffées sont de types diméthylamino et N,N diméthylaminométhyle. Différentes séries de polysulfones ont été élaborées en faisant varier le taux de fonctions amine greffées. Pour les polysulfones comportant les fonctions diméthyalmino, les résultats montrent que la stabilité thermique des fonctions ammonium est trop faible pour les utiliser pour la conception de membranes conductrices anioniques. Pour le deuxième type de fonctions amine, des membranes ayant une conductivité maximum de 40 mS.cm-1 pour un taux d’humidité de 95% et une température de 100°C ont été obtenu. Par ailleurs, pour la conception de liants d’électrodes, la synthèse de polyarylènes éthers fluorés conducteurs anioniques a été effectuée. Là encore, une série de polymères a été réalisée en faisant varier le taux de fonctions amine introduit. Les masses molaires ont été controlées pour permettre aux polymères d’être suffisamment soluble pour la mise en solution. Les valeurs de conductivités sont de l’ordre de 35 mS.cm-1. Enfin, pour la conception de membrane protonique, les polymères synthétisés précédemment avec les fonctions diméthylamino ont été utilisés. Ces polymères ont été par la suite dopés à l’aide d’acide phosphorique et la conductivité des membranes obtenues a été testée en condition anhydre. Les résultats obtenus pour ce genre de matériaux est de 160 mS.cm-1 pour un taux de dopage de 50%. En revanche, pour des forts taux de dopage, la conductivité obtenue était plus forte (260 mS.cm-1) mais les membranes perdaient de leurs propriétés mécaniques alors que pour de faibles taux de dopage (environ 18%), les conductivités obtenues étaient faibles. / The work reported in this thesis is the development of proton and anion conducting materials for applications such as membrane or binders electrodes. The first approach is the formation of polymers for the anionic membranes design. To perform it, two types of tertiary amine functions have been grafted along the polysulfones chain, then converted to ammonium rendering data anionic conductive. The grafted functions types are dimethylamino and N, N dimethylaminomethyl. Different series of polysulfones were prepared by varying the rate of amine functions grafted. For polysulfones with dimethyalmino functions, the results show that the thermal stability of ammonium functions is too low to be used in anion conductive membranes design. In the second type of amine, membranes having a maximum conductivity of 40 mS.cm-1 to a moisture content of 95% and a temperature of 100 °C have been obtained. In addition, for the electrodes binders design, the synthesis of fluorinated ethers polyarylenes anionic conductors has been completed. Then, a series of polymers was carried out by varying the rate of amine introduced. The molar masses were controlled to allow polymers to be sufficiently soluble for the dissolution. Conductivity values are around 35 mS.cm-1. Finally, the design of membrane proton polymers synthesized with previously dimethylamino functions has been chosen. These polymers were subsequently doped with phosphoric acid and the conductivity of the resulting membranes has been tested in anhydrous condition. The results obtained for this kind of material is 160 mS.cm-1 for a doping level of 50%. However, for high doping level, conductivity obtained was higher (260 mS.cm-1) but the membranes lost their mechanical properties, while for low doping levels (about 18%), the conductivities obtained were low.

Le dépôt par électrophorèse, technique éclectique et prometteuse, est bien connue pour permettre la production de films déposés de haute qualité et d'épaisseur contrôlée. Au vu de ces possibilités, la technique EPD a été appliquée avec succès lors de ce présent travail de thèse de doctorat pour produire des couches à base de zircone yttriée orientées vers des applications comme électrolyte solide dans les piles à combustibles. Nous avons testé deux techniques simples, facilement transférables à la production industrielle : La sérigraphie et le dépôt par électrophorèse. Les caractéristiques microstructurales de ces couches se reflètent sur leur comportement électrique. Notamment, les couches électrophorétiques possèdent des valeurs de conductivité plus élevées et proches des valeurs théoriques. Ces valeurs couplées au fait de pouvoir développer des couches d'épaisseur faible contrôlée (de l'ordre de la dizaine de µm), démontrent combien le dépôt par électrophorèse est une réponse valide aux demandes d'amélioration des caractéristiques des couches d'électrolytique.

Nous présenterons, dans une première partie, le fonctionnement d'une pile à combustible PCFC en nous attardant sur le phénomène de conduction protonique dans les matériaux céramiques. Dans un deuxième temps, nous présenterons les expériences qui nous ont permis de caractériser qualitativement le phénomène de courbure et nous formulerons des hypothèses pour en expliquer l'origine. Nous présenterons ensuite le modèle mécanique développé et implémenté dans le code de calcul "éléments finis" du centre (ZéBuLoN) pour simuler le frittage. Dans une dernière partie nous présenterons une série de simulations numériques qui valideront nos hypothèses. Ce travail permet de mieux comprendre les phénomènes qui entrent en jeu dans le cycle de frittage des membranes et contribue donc à l'amélioration du procédé industriel.

Les membranes fluorées sont utilisées en particulier dans les dénommées piles à combustible à membrane électrolyte polymère. Grâce à sa grande mobilité en protons, le célèbre ionomer Nafion® (Dupont) est un matériau de référence pour les applications liées aux piles à combustible. En présence d’eau ou d’autres solvants hydrophiles la membrane se sépare en une matrice polymérique hydrophobe et une sous-phase aqueuse contenant des clusters d’eau et ions, dont les tailles et la connectivité augmente quand la quantité d’eau augmente [1]. Quelle est la morphologie du Nafion et la structure du solvant, dans de tels systèmes?Il a été récemment montré [2] sur des simulations de large systèmes que plusieurs modèles morphologiques reproduisent les données expérimentales de diffusion, évoquant l’incapacité des mesures de diffusion seules à élucider la véritable structure du Nafion.Néanmoins, un modèle ’aléatoire’ décrit dans [2], c’est à dire l’unique modèle étudié sans présumer d’une structure initiale particulière, n’a pas pu reproduire les données expérimentales.Générer en simulations moléculaires des configurations du système qui soient vraiment décorrélées de la configuration initiale reste un vrai défi statistique. Les échelles de temps réalisables ne permettent simplement pas d’obtenir des mouvements significatifs du polymère (comme des transitions de conformations, repliements de chaînes, etc.). Nous proposons ainsi dans cette étude un nouveau modèle de Nafion à morphologie aléatoire. Un algorithme récemment développé est utilisée pour générer des chaînes de Nafion avec des chemins et des points de départ aléatoires. Une différence majeure avec le modèle aléatoire dans [2] est que nous ne construisons pas nos systèmes à une densité proche de la densité finale. Pour ne pas démarrer avec des chaînes trop enchevêtrées, les systèmes sont initialement préparés à une densité en dessous de la référence expérimentale. La densité après équilibration est de nouveau proche de l’expérience. Bien qu’il soit facilement envisageable d’améliorer les nouveaux algorithmes, nous démontrons ici qu’avec la présente version plusieurs séries de configurations compatibles avec les données expérimentales de diffusion disponibles peuvent être générées et équilibrées. Douze large systèmes de Nafion à morphologie aléatoire sont construits avec des positions initiales des atomes ainsi que des quantités d’eau et des longueurs de chaînes (Nafion/Hyflon) différentes. Ils sont équilibrés puis simulés sur plusieurs dizaines de nanosecondes. Après équilibration, les structures sont, comme indiqué ci-dessus,compatibles avec les données expérimentales de diffusion. En plus nous étudions un modèle ressemblant à celui de Schmidt-Rohr and Chen [3], c’est à-dire le plus récent modèle morphologique. Avec ce modèle, les données expérimentales sont également reproduites de manière satisfaisante, d’où la prolongation du débat sur la structure du Nafion. La cohésion entre les valeurs calculées et celles mesurées expérimentalement incite à des analyses plus en détails de ces configurations obtenues. Nous caractérisons et analysons les structures locales, intermédiaires et à grande échelle avec divers paramètres structuraux et distributions des tailles de domaines. Nous calculons donc, par exemple, des fonctions de distribution radiale (rdf), des facteurs de structure (S(q)) totaux et partiels tout comme des nombres et des tailles de clusters hydrophiles (selon la définition d’un cluster). La dynamique de diverses espèces dans le système est également examinée,par exemple au travers des déplacements carrés moyens (msd) et des coefficients de diffusion. Ces simulations sont probablement à la limite de ce qui est réalisable aujourd’hui avec des simulations ’full-atom’ du type MD. Nous espérons que ce travail fera avancer le débat sur la structure et la dynamique de ces matériaux importants. / Perfluorinated membranes are used in particular in polymer electrolyte fuel cells(PEFC). The well-known ionomer Nafion® (Dupont) is, due to its high proton mobility,a reference material for fuel cell applications. In water or other hydrophilic solvents themembrane segregates into a hydrophobic backbone matrix and a hydrophilic sub-phasecontaining clusters of both water and ions, where the cluster sizes and connectivity increasewith increasing water content [1].What is the Nafion morphology and the structure of the solvent in such systems? It hasbeen shown recently [2] on large simulated systems that several morphological modelsfit the experimental scattering data, suggesting the inability of scattering experimentsalone to elucidate the true structure of Nafion. However, a ’random’ model describedin [2], i.e. the only explored model that did not assume a particular initial structure,could not reproduce the experimental data.It remains a real computational challenge to generate in molecular simulations systemconfigurations which are really decorrelated from the initial one. The time scales thatcan be achieved simply do not allow to obtain significant motions of the polymer (e.g.conformational changes, folding, etc.). We thus propose in this work a new randommodel of Nafion. A newly developped algorithm is used to generate Nafion chains withrandom growth paths and random starting points. A significant difference with therandom model in [2] is that we do not build our systems at a density close to the finalone. In order not to start with too much entangled chains, the systems are initiallybuilt at a density below the experimental one. The density after equilibration is againclose to the experimental one.Even though further improvements of the new algorithms can easily be envisaged,we demonstrate here that with the present version several sets of configurations thatare compatible with the available scattering data can be generated and equilibrated.Twelve large random Nafion systems are built with different initial positions of theatoms as well as different water contents and side chain lengths (Nafion/Hyflon). Theyare equilibrated and then simulated for several ten nanoseconds. After equilibration,the structures are, as mentioned, compatible with the experimental scattering data. Inaddition we study a model similar to the one by Schmidt-Rohr and Chen [3], i.e. thenewest morphological model of Nafion. The experimental scattering data are also satisfactorilyreproduced with this model, hence, the prolonged debate over the structureof Nafion.This agreement gives confidence that a more detailed analysis of the so-obtained configurationsis scientifically warranted. We characterize and analyze the local, intermediateand large-scale structures by various structural parameters and domain size distributions.We therefore compute, for example, radial distribution functions (rdf), total andpartial structure factors (S(q)) as well as numbers and sizes of hydrophilic clusters (dependingon the definition of a cluster). The dynamics of various species in the systemis also investigated, e.g. via the computation of the mean square displacements (msd)and the self-diffusion coefficients. These simulations are probably at the limit of whatcan today be achieved with all-atom molecular simulations of the MD type. We hopethat this work will advance the ongoing debate on the structure and dynamics of theseimportant materials. / Perfluorierte Membranen werden insbesondere in Polymerelectrolyt-Brennstoffzellen(PEFC) eingesetzt. Das wohlbekannte Ionomer Nafion® (Dupont) ist wegen seinerhohen Protonenbeweglichkeit ein Referenzmaterial für solche Anwendungen in Brennstoffzellen.Die Membran separiert in Wasser oder anderen hydrophilen Lösungsmittelin eine hydrophobe Polymermatrix und eine hydrophile Subphase, die Cluster mitWasser und Ionen enthält. Dabei vergroeßern sich die Ausdehnung der Cluster und ihreKonnektivität mit zunehmendem Wassergehalt [1].Welche ist die Morphologie des Nafions und die Struktur des Lösungsmittels in diesenSystemen? Es ist jüngst anhand großer simulierter Systeme gezeigt worden [2], dassmehrere morphologische Modelle die experimentellen Streudaten wiedergeben können,was nahelegt, dass solche Streudaten alleine nicht geeignet sind, die wahre Strukturdes Nafion aufzudecken. Ein in [2] beschriebenes ’Zufallsmodell’, d.h. das einzigeder untersuchten Modelle, das keine besondere Anfangsstruktur annahm, konnte dieexperimentellen Daten allerdings nicht wiedergeben.In molekularen Computersimulationen Konfigurationen zu erzeugen, die wirklich nichtmehr mit der angenommenen Anfangskonfiguration korreliert sind, bleibt eine echteHerausforderung. Die erreichbaren Zeitskalen sind zu kurz, um eine signifikante Bewegungdes Polymers (z.B Konformationsänderungen, Faltungen, usw.) zuzulassen. Indieser Arbeit wird daher ein neues Zufallsmodell für Nafion vorgestellt. Ein neuentwickelterAlgorithmus erzeugt Nafionketten mit zufälligem Wachstumspfad ausgehendvon zufälligen Anfangspunkten. Ein signifikanter Unterschied zu dem Zufallsmodellvon [2] ist, dass hier nicht versucht wird, die Systeme bei einer Dichte vergleichbarder experimentellen Dichte aufzubauen. Anstattdessen werden die Systeme, um alzustarkes Verknäuelung zu vermeiden, anfangs bei einer deutlich kleineren Dichte erzeugt.Nach äquilibrierung ist die Systemdichte wieder in etwa gleich der experimentellen.Wiewohl weitere Verbesserungen des neu Algorithmuses leicht ins Auge gefaßt werdenkönnen, so kann hier doch gezeigt werden, dass mit der gegenwärtigen VersionKonfigurationen erzeugt und äquilibriert werden können, die mit den verfügbarenStreudaten kompatibel sind. Zwölf große Nafion Zufallssysteme, mit verschiedenenAnfangspositionen der Atome, verschiedenem Wassergehalt und Längen der Seitenketten(Nafion/Hyflon) werden aufgebaut. Diese werden äquilibriert und mehrerezehn Nanosekunden lang simuliert. Nach der äquilibrierung sind die Strukturen, wieerwähnt, kompatibel mit den experimentellen Streudaten. Weiterhin wird ein Modellähnlich dem von Schmidt-Rohr und Chen [3], d.h. dem neuesten morphologischen Modellfür Nafion, studiert. Auch hier werden die experimentellen Streudaten zufriedenstellendwiedergegeben, daher die weiterhin bestehende Debatte über die Struktur desNafion.Die gefundenen übereinstimmungen lassen darauf vertrauen, dass eine detaillierte Analyseder simulierten Konfigurationen wissenschaftlich sinnvoll ist. So wird die Strukturder Systeme auf verschiedenen Längenskalen charakterisiert, zum Beispiel durch radialePaarverteilungsfunktionen (rdf), totale und partielle Strukturfaktoren (S(q)) sowieAnzahl- und Größenverteilungen hydrophiler Cluster (abhängig von der Definition einesClusters). Die Dynamik einzelner Spezies im System wird ebenfalls untersucht, zumBeispiel durch die Berechnung der mittleren quadratischen Verschiebungen (msd) undder Selbstdiffusionskoeffizienten. Diese Simulationen sind wahrscheinlich an der Grenzedessen, was heute mit ’all-atom’ molekularen MD-Simulationen möglich ist. Ich vertrauedarauf, dass diese Arbeit dennoch einen Fortschritt in der aktuellen Debatte überdie Struktur und Dynamik dieser wichtigen Materiale darstellt.