Ladungsverteilung von größenverteilten kolloidalen Kugeln

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Palberg
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513654570

Synthetische Kolloidpartikel weisen herstellungsbedingt eine gewisse Verteilung in ihrer Größe und Form auf. Auch Ihre Ladung ist uneinheitlich. Theoretische und experimentelle Arbeiten zeigen gemeinsame Auswirkungen beider Dispersitäten auf suspensionseigenschaftenn. Lagerbeständigkeit, Transport- und Fließeigenschaften, aber auch die Fähigkeit zur Strukturbildund werden erheblich beeinflusst. Während Größe und Form zumeist syntheseseitig festgelegt sind, variiert die Oberflächenladung der suspendierter Partikel stark mitder Oberflächenchemie, dem pH, dem Salzgehalt , der Partikelkonzentration und der Partikelgröße. Die Oberflächenladung (bare charge) ist mit verschiedenen experimentell zugänglichen effektiven Ladung verknüpft, da diese dei jeweiligen Eigenschaften des Systems bestimmen. Zur Beziehung zwischen Größenverteilung und effektiver Ladungsverteilung und ihre Abhängigkeit von den experimentellen Parametern werden verschiedene theoretische Ansätze diskutiert. Diese ist aber noch immer weitestgehend unverstanden. Haupthindernis ist derzeit das Fehlen einer verläßlichen Messmethode für die Verteilung effektiver Ladungen. Erst auf deren Grundlage könnte dann auch eine genaue Trennung und Gewichtung der Auswirkungen der beiden Dispersitäten vorgenommen werden. Hier wird vorgeschlagen, für Partikel mit gut bekannter Größenverteilung auch deren Ladungsverteilung unter verschiedensten Bedingungen systematisch zu bestimmen. Wir werden uns dabei auf die effektive elektrophoretische Ladung konzentrieren, die auf bekannte Art und Weise mit anderen Effektivladungen verknüpft ist. Wir möchten dazu eine bewährte Lichtstreumethode (Super-Heterodyne Dynamische Lichtstreuung, SH-DLS) mit der präzisen Einstellung experimenteller Bedingungen unter Leitwertskontrolle kombinieren. SH-DLS misst die Geschwindigkeitsverteilung in einer kolloidalen Suspension unter dem Einfluss eines homogenen elektrischen Feldes in Form eines Doppler-Spektrums. Die Spektren zeigen neben einer diffusiven Linienverbreiterung auch eine feldabhängige Verbreiterung.Diese ist direkt mit der Mobilitäts- und damit der Ladungsverteilung verknüpft. Weitere Verbreiterungsmechanismen sollen entweder durch Verwendung einer speziellen elektroosmosefreien Zelle unterdrückt, oder auswerteseitig berücksichtigt werden durchgeführt. Wir planen Messungen an Partikeln mit verschiedener mittlerer Größe, unterschiedlich breiten Größenverteilungen und mit unterschiedlicher Oberflächenchemie. Die möglichen Einflüsse auf die Kopplung zwischen Größen- und Ladungsverteilung sollen systematisch in komplementären Versuchsreihen studiert werden. Der erhaltenen Datensätze sollen dann mit verschiedenen theoretischen Ansätzen verglichen werden. Dies sollte das Verständnisses der Ladungsdispersität und ihrer Beziehung zur Größendispersität deutlich erweitern. Auf lange Sicht sollten unsere Arbeiten auch gezielten Kontrolle von Suspensionseigenschaften über ihre Größen- und ihre Ladungsverteilung beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen