Dokument: Nonlinear Response in Active Microrheology

Titel:	Nonlinear Response in Active Microrheology
Weiterer Titel:	Nichtlineare Reaktion in Aktiven Mikrorheologie
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=35811
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20161109-090511-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	M. Sc. Wang, Ting [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,70 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 02.10.2015 / geändert 02.10.2015
Stichwörter:	Rheology Nonlinear Thinning Thickening
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	When pulling a probe particle in a many-particle system with fixed force, the probe may approach a steady velocity. the effective friction of the probe, defined as the pulling force over its average velocity, ɣ_eff := Fex / u , exhibits intriguing non-linear behaviours with increase of the pulling force: it first keeps constant (linear response), then decreases (thinning), and finally keeps constant for colloidal suspensions but increases for granular particles. The goal of this thesis is to understand the non-linear behaviour in the active microrheology, in particular, to understand why thickening happens in the granular particle systems, but not in the earlier colloidal suspensions. To achieve this, we study the microrheology in both low and high density. In the low density limit, we first construct a simple kinetic model, and find that inertia causing thickening. Then we extend the model to include the thinning regime. The thinning and thickening behaviour of the probe is unified by a three-time-scales picture: the thinning/thickening is determined by the inter-play of the three time scales of bath particles: diffusion, damping and single probe-bath particles collision. This picture is confirmed by a Langevin dynamics simulation. Correspondingly, the microscopic mechanism of thickening is obtained as well: the crossover from the creep motion of the bath particle to the direct single collision leads to the thickening behaviour. In high density, we extend the MCT to include the force-dependent short time decay, which is crucial for thickening. First we construct a schematic-MCT model, which can exhibit thickening behaviour as the friction contains the square of the force. And we apply it to fit simulation data of pulling in driven granular particles. Microscopically, we obtain the force dependent memory term in the schematic model by a MCT calculation. Beim Ziehen eines Testpartikels durch ein Vielteilchensystem mit konstanter Kraft, nähert sich das Teilchen einer gleichbleibenden Geschwindigkeit an. Die effektive Reibung des Teilchens, welche durch die Zugkraft geteilt durch die Durchschnitts-geschwindigkeit definiert ist, ɣ_eff := Fex / u, zeigt dabei interessante nichtlineare Eigenschaften mit steigender Zugkraft: Sie bleibt zunächst konstant (lineares Verhalten), wird dann kleiner (thinning), um dann schließlich für kolloidale Suspensionen konstant zu bleiben oder für Granulate anzusteigen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das nichtlineare Verhalten der aktiven Mikrorheologie zu verstehen, insbesondere, zu verstehen, warum es in granularen Teilchensystemen zu einer Verdickung kommt, nicht aber bei den oben genannten Kolloiden. Um dies zu erreichen, wollen wir Mikrorheologie bei niedrigen und hohen Dichten untersuchen. Für den Grenzfall sehr niedriger Dichten erstellen wir erst ein einfaches kinetisches Modell, um festzustellen, dass Trägheit Verdickung er-zeugt. Wir erweitern dieses Modell dann auf das Verdünnungsregime. Das Verdünnungs und Verdickungsverhalten des Testteilchens wird durch ein Drei-Zeitskalen-Bild erklärt: Verdünnung/Verdickung wird durch das Zusammenspiel der drei Zeitskalen mit den Badpartikeln bestimmt: Diffusion, Dämpfung und Einzelstöße zwischen Test- und Badteilchen. Dieses Bild wird mittels einer Langevindy namiksimulation bestätigt. Dementsprechend wird auch der mikroskopische Mechanismus erhalten: Der Übergang des Kriechverhaltens der Badpartikel hin zu direkten Einzelstößen führt zur Verdickung. Für hohe Dichten erweitern wir die MCT, um den kraftabhängigen Zerfall auf kleinen Zeitskalen mit einzuschließen, was für Verdickung entscheidend ist. Zunächst erstellen wir ein schematisches MCT-Modell, welches Verdickungsverhalten auf-weisen kann, da die Kraft quadratisch in die Reibung eingeht. Wir passen xi dies dann auf Simulationsdaten von Zugversuchen in getriebenen Granulaten an. Mikroskopisch erhalten wir in diesem schematischen Modell dann den kraftabhängigen Memory-Term durch MCT Berechnungen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Theoretische Physik
Dokument erstellt am:	09.11.2016
Dateien geändert am:	09.11.2016
Promotionsantrag am:	28.07.2015
Datum der Promotion:	25.09.2015