Dokument: Einfluss einer Scherströmung auf kolloidale Verarmungswechselwirkung

Titel:	Einfluss einer Scherströmung auf kolloidale Verarmungswechselwirkung
Weiterer Titel:	Influence of a shear flow on colloidal depletion interaction
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=19748
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20111129-110418-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	July, Christoph [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,53 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 26.10.2011 / geändert 27.10.2011
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses von Suspensionen kolloidaler Stäbchen und Plättchen auf das Wechselwirkungspotential zwischen einer Sondenkugel und einer Wand mit Hilfe von totaler interner Relflexionsmikroskopie (TIRM) in ruhenden Sys- 104 temen und solchen, die einem Schergradienten ausgesetzt werden. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Erweiterung der TIRM–Methode zur Messung in Scherfeldern. Es zeigt sich, dass das Standardverfahren, welches auf der Messung an einzelnen Partikeln beruht, für die Messung in Scherströmungen ungeeignet ist. Im Rahmen der Modifikationen wird der gewöhnlich verwendete Sekundärelektronenvervielfacher durch eine CCD–Kamera ersetzt. Statt Einzelpartikelmessungen erfolgt die Messung vieler Partikel zur selben Zeit. Es lässt sich durch Vergleich zeigen, dass der Einsatz der Kamera weitgehend äquivalent zur Ver- wendung der Standardmethode ist und zu den selben Ergebnissen führt. Außerdem erweitert die Kamera den Aufbau um die Option der Messung mit fluoreszenten Sondenpartikeln. Als erstes experimentelles System werden stäbchenförmige Verarmungskolloide, sogenannte fd– Viren untersucht. Diese Messungen geschehen einerseits in Ruhe als allgemeine Referenz und andererseits unter Scherung. Die Viren werden dabei als Modellsystem für steife Stäbchen be- trachtet. Während der statischen Messungen wird der Einfluss der letztlich doch finiten Flexi- biltät der Stäbchen auf die erzeugten Verarmungspotentiale durch Vergleich mit einem, bis auf höhere Steifigkeit identischen, Virusmutanten (Y21M) studiert. Im Rahmen der Genauigkeit von TIRM–Messungen kann kein statistisch relevanter Unterschied zwischen den beiden Vari- anten ausgemacht werden. Die Viren folgen den theoretischen Vorhersagen für unendlich dünne, lange Stäbchen sehr gut, bis hin zu einer gewissen Schwellenkonzentration, was im Widerspruch zu früheren Arbeiten steht. Oberhalb dieser, von der Sondenkugelgröße abhängi- gen, Schwellenkonzentration weichen die gemessenen Potentiale deutlich von der Vorhersage ab, und die Wechselwirkungsenergien sind wesentlich höher als dies theoretisch vorausgesagt wird. Stäbchensuspensionen, die einem Scherfeld ausgesetzt werden, zeigen widererwarten keine veränderten Veramungswechselwirkungseigenschaften. Als zweites experimentelles Modellsytem werden Gibbsitplättchen eingesetzt. Es gelingt hier zum ersten mal eine Mes- sung einer von Plättchen verursachter Verarmungswechselwirkung. Nach Erweiterung einer existierenden Theorie auf moderat polydisperse Systeme, zeigt sich gute Übereinstimmung zwischen Modell und Messung. Ergebnisse von Messungen in Scherfeldern unter Anwesen- heit der Plättchen weisen darauf hin, dass bei nicht allzu hohen Plättchenmassenkonzentra- tionen die Verarmungspotentialtiefe kontinuierlich durch Erhöhung der Scherrate verringert werden kann, was auf eine Ausrichtung der Plättchen schließen lässt. Bei höheren Konzen- trationen ist das Verhalten ähnlich zu den Beobachtungen bei Stäbchen (keine Änderung). Im Gegenteil zeigt sich eine Vertiefung des Potentials für spezifische Scherraten. Topic of the work is the investigation of the influence of colloidal rod and platelet suspen- sions on the sphere–wall interaction potential of a probe sphere by total internal reflection microscopy (TIRM) in quiescent systems and in a shear–flow. The first part of the thesis deals with the improvement of the TIRM method to enable measurements of interaction potentials in a shear gradient. The experiments show that the standard TIRM method is not suited to measure in shear flows. In the process of modifying the setup, the photo multiplier tube (PMT), usually used to detect scattering intensities, is replaced by a CCD camera. Instead of single particle measurements multiple particles are observed at the same time. By comparison, it is shown that the use of both detectors is virtually equivalent and delivers the same results. In addition, the camera enables the setup to be used with fluorescent probe particles. The first experimental system to study depletion consists of rod–like colloids, so called fd viruses. The measurements are performed at rest, to serve as a reference and in a shear field. The viruses are regarded as a model system for rigid rods. While doing the static measurements, the influence of the still finite flexibility of fd virus is checked by comparing the resulting depletion potentials to those measured with a three times stiffer, otherwise identical, fd virus mutant (Y21M). Within the accuracy of TIRM measurements no statistically relevant difference between the two virus variants can be found. The viruses follow the theoretical prediction for perfectly rigid, infinitely thin rods very well, up to a certain threshold concentration. This stands in contradiction to earlier works. Above this threshold concentration, which also depends on the employed probe spheres, the depletion potentials deviate drastically from the theoretical model for rigid rods. The interaction potentials are much deeper than expected. Rods exposed to a shear gradient show, in contrast to model expectations, no or little changed depletion behaviour. As second experimental system silica coated gibbsite platelets are employed. The depletion potentials are measured for this system for the first time. After extending an existing theory to moderately polydisperse platelet suspensions, very good agreement with the measured data is found. Results from mea- surements in shear field in the presence of platelets at not to high mass concentrations give rise to the conjecture that the depletion potential can continuously be diminished by increasing the shear rate. This hints to an alignment of the platelets in the shear field. At higher concentrations the observations are similar to those made with fd virus in shear fields. At low shear rates even a deepening of the depletion potential can be observed.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	29.11.2011
Dateien geändert am:	29.11.2011
Promotionsantrag am:	14.09.2010
Datum der Promotion:	24.10.2011