Dokument: Mischungen entgegengesetzt getriebener kolloidaler Teilchen
| Titel: | Mischungen entgegengesetzt getriebener kolloidaler Teilchen | |||||||
| Weiterer Titel: | Mixtures of oppositely driven colloidal particles | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=37134 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20160209-140323-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. rer. nat. Glanz, Tobias [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Löwen, Hartmut [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Horbach, Jürgen [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den wissenschaftlichen Untersuchungen im Rahmen meiner Promotion am Institut für Theoretische Physik II (Weiche Materie) der Heinrich-Heine-Universität. Im Wesentlichen werden mit Computer-Simulationen zwei Modellsysteme der weichen Materie erforscht, bei welchen binäre Mischungen kolloidaler Teilchen mit Hilfe einer konstanten externen Kraft gegeneinander getrieben werden. Vor der Betrachtung der dabei auftretenden Effekte werden einige Erklärungen zu Fachtermini und den theoretischen Grundlagen gegeben. Gefolgt von der konkreten Darstellung des verwendeten Teilchenmodells werden der Simulationsalgorithmus und der technische Hintergrund ausgeführt.
Das erste behandelte Themengebiet befasst sich mit dem Effekt der Spurenbildung. Bei dieser reihen sich die Teilchen der zwei gegeneinander getriebenen Spezies aufgrund der externen Kraft hinter den Teilchen der gleichen Spezies auf und bilden somit in Kraftrichtung längliche Strukturen. Nach Erklärungen zu den Grundlagen der Spurenbildung werden mit Hilfe von Ordnungsparametern das Auftreten und die Existenz dieses Effekts untersucht. Der Fokus wird hierbei auf den Übergang von Systemen mit kurzen Spuren oder Fäden zu systemumspannenden Spuren gesetzt. Es wird zum Einen gezeigt, dass bestehende Erwartungen bezüglich dieses Übergangs möglicherweise nicht zutreffen, und außerdem, dass durchgehende Spuren eine Folge der künstlichen Randbedingungen und zu kleiner Systeme sein könnten. Abgeschlossen wird das Thema mit dem Aufstellen von Gesetzmäßigkeiten bezüglich der zu erwartenden Länge der Spuren. Im Unterschied zum ersten Thema wird im zweiten Themengebiet ein neuer Effekt gezeigt. Ausgehend von dem gleichen Teilchen-Modell werden die Teilchen diesmal durch Kanäle mit Verengungen getrieben, um die Abhängigkeit des Teilchenflusses durch Engpässe im System zu untersuchen. Es zeigt sich, dass das Fluss-Verhalten von der Breite der Verengungen abhängig ist. Sind diese breit genug, findet ein synchroner Teilchenfluss beider Teilchensorten statt. Bei zu engen Flaschenhälsen transformiert sich der Fluss hin zu asynchronem Verhalten, wodurch abwechselnd nur eine Teilchensorte die Verengungen passiert. Diese Beobachtung wird quantifiziert und für weitere Voraussagen in einem Flusszustandsdiagramm zusammengefasst.The underlying thesis resembles my scientific research at the Institut für Theoretische Physik II (Weiche Materie) at the Heinrich-Heine-Universität. It covers computer simulations of two different Soft Matter systems, which both consist of binary mixtures of oppositely driven colloidal particles. The necessary theoretical background will be given first, followed by an explanation of the chosen particle model and the actual implementation of the employed simulation algorithm. In presence of a constant external driving force oppositely driven particles line up behind particles of the same species. Thereby formed lanes represent the first topic of this thesis. Starting with a general explanation of laning, order-parameters for quantitative research will be presented. Focusing on the transition from small lanes to system-wide laning, existing expectations will be questioned and reasons will be given to expect full laned states to be an artifact due to periodic boundaries and insufficient system sizes. Quantitative predictions for the length of lanes will be given at last. A new effect will be shown in the second topic. Based on the same particle model as in the first topic, colloids will be pushed through channels with constrictions. The flow behaviour of the particles will be explored and a strong dependency of the flow state on the width of the constrictions will be found. With decreasing width a transition from symmetric towards asymmetric flow behavior, where only one of the particle species can move through each constriction at a given time, appears. The expected flow behavior will be presented in a flow state diagramm, that depends on particle packing fraction and external force. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Theoretische Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 09.02.2016 | |||||||
| Dateien geändert am: | 09.02.2016 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.11.2015 | |||||||
| Datum der Promotion: | 14.12.2015 |
