Dokument: Non-equilibrium effects in colloidal mixtures caused by particle interactions and external potentials

Titel:	Non-equilibrium effects in colloidal mixtures caused by particle interactions and external potentials
Weiterer Titel:	Nichtgleichgewichtseffekte in kolloidalen Mischungen verursacht durch Teilchen-Wechselwirkungen und externe Potentiale
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44667
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180124-092257-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Capellmann, Ronja F. [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 42,08 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 22.01.2018 / geändert 22.01.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Egelhaaf, Stefan U. [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Dhont, Jan K. G. [Gutachter]
Stichwörter:	colloid, colloidal mixture, non-equilibrium, gel, external potential
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	In equilibrium, hard-sphere colloids form a fluid or a crystal, or both phases coexist, depending on the concentration. However, particle-particle and particle-potential interactions can lead to non-equilibrium states, affecting the spatial arrangement and dynamics of the particles. Hence, studies on the phase behaviour and on non-equilibrium effects are of considerable scientific interest, but also of great industrial relevance. Colloidal suspensions are frequently used in foodstuff and consumer products industry. In this thesis, two kinds of non-equilibrium situations are studied. Non-equilibrium caused by particle-particle interactions is considered as intrinsic non-equilibrium. The interactions can induce disorder-disorder transitions, e.g. from a fluid to a gel. The structure of gels could be reproduced by modelling the particle-particle interactions as equilibrium interactions. Furthermore, a structural transition from continuous to directed percolation in colloidal gels was found to be connected to the onset of a slowingdown of the dynamics, which is characteristic for gel formation. Non-equilibrium due to external potentials is considered as extrinsic non-equilibrium. A new set-up for the generation of a modulated light field has been devised. If exposed to a sinusoidal potential, a binary colloidal mixture undergoes a disorder-order transition into a modulated liquid. Depending on the total packing fraction in the sample and the amplitude of the potential, homogenisation or partial demixing of the two particle species occurred. In addition, a slowing-down of the dynamics has been observed. Particle-particle and particle-potential interactions can also be combined. Preliminary results, presented in an outlook, indicate that external potentials can order gel samples. The main results of this thesis can be summarized as follows: 1. The structure of colloidal gels can be reproduced by modelling particle-particle interactions by equilibrium interactions. 2. The structural transition from continuous to directed percolation in colloidal gels is connected to the onset of a slowing-down of the dynamics. 3. An external sinusoidal potential leads to a disorder-order transition in binary colloidal mixtures. Im Gleichgewicht bilden Kolloide, die wie harte Kugeln wechselwirken, je nach Konzentration eine Flüssigkeit, einen Kristall oder eine Koexistenz beider Phasen. Jedoch können Teilchen-Teilchen- oder Teilchen-Potential-Wechselwirkungen zu Nichtgleichgewichtszuständen führen, die die räumliche Anordnung und Dynamik der Teilchen verändern. Daher sind Untersuchungen des Phasenverhaltens und auch der Nichtgleichgewichtszustände von beträchtlichem wissenschaftlichen Interesse, aber auch von großer industrieller Bedeutung. Kolloide werden häufig in der Lebensmittel- und Konsumgüterindustrie verwendet. In dieser Arbeit wurden zwei Arten von Nichtgleichgewicht untersucht. Ein Nichtgleichgewicht aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Kolloiden wird als intrinsisches Nichtgleichgewicht bezeichnet. Die Wechselwirkungen können Übergänge von einer ungeordneten Phase in eine andere bewirken, z. B. von einem Fluid zu einem Gel. Die Struktur von Gelen konnte reproduziert werden, indem die Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungen durch Gleichgewichtswechselwirkungen modelliert wurden. Außerdem wurde in Gelen ein struktureller Übergang von kontinuierlicher zu gerichteter Perkolation beobachtet. Dieser ist mit dem Einsetzen der Verlangsamung der Dynamik, einem Merkmal der Gelbildung, verbunden. Ein Nichtgleichgewicht aufgrund externer Potentiale wird als extrinsisches Nichtgleichgewicht bezeichnet. Es wurde ein neuer Aufbau zum Erzeugen eines modulierten Lichtfelds entwickelt. Werden binäre kolloidale Mischungen einem sinusförmigen Potential ausgesetzt, so wird ein Unordnung-Ordnung-Übergang zu einer modulierten Flüssigkeit beobachtet. Abhängig von der Packungsdichte und der Amplitude des Potentials traten Homogenisierung oder partielles Entmischen der Teilchensorten auf. Zudem wurde eine Verlangsamung der Dynamik beobachtet. Teilchen-Teilchen- und Teilchen-Potential-Wechselwirkungen können auch kombiniert werden. Erste Experimente, vorgestellt in einem Ausblick, deuten darauf hin, dass äußere Potentiale Gel-Proben ordnen können. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit können wie folgt in drei Thesen zusammengefasst werden: 1. Die Struktur kolloidaler Gele kann reproduziert werden, indem die Teilchen-Teilchen-Wechselwirkungen als Gleichgewichtswechselwirkungen modelliert werden. 2. Der Übergang von kontinuierlicher Perkolation zu gerichteter Perkolation in kolloidalen Gelen ist mit dem Einsetzen der Verlangsamung der Dynamik verbunden. 3. Ein externes sinusförmiges Potential führt zu einem Übergang von Unordnung zu Ordnung in binären kolloidalen Mischungen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Physik der kondensierten Materie
Dokument erstellt am:	24.01.2018
Dateien geändert am:	24.01.2018
Promotionsantrag am:	27.06.2017
Datum der Promotion:	25.07.2017